KR20180119643A - 디스플레이 스택 내의 힘 센싱 - Google Patents

디스플레이 스택 내의 힘 센싱 Download PDF

Info

Publication number
KR20180119643A
KR20180119643A KR1020187028199A KR20187028199A KR20180119643A KR 20180119643 A KR20180119643 A KR 20180119643A KR 1020187028199 A KR1020187028199 A KR 1020187028199A KR 20187028199 A KR20187028199 A KR 20187028199A KR 20180119643 A KR20180119643 A KR 20180119643A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
display
electrodes
sensor electrodes
sensing
processing system
Prior art date
Application number
KR1020187028199A
Other languages
English (en)
Inventor
조셉 커스 레이놀즈
톰 반더메이든
데츠오 다네무라
Original Assignee
시냅틱스 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 시냅틱스 인코포레이티드 filed Critical 시냅틱스 인코포레이티드
Publication of KR20180119643A publication Critical patent/KR20180119643A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0412—Digitisers structurally integrated in a display
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • G06F3/04142—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position the force sensing means being located peripherally, e.g. disposed at the corners or at the side of a touch sensing plate
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0443—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a single layer of sensing electrodes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0446—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a grid-like structure of electrodes in at least two directions, e.g. using row and column electrodes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04105—Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04106—Multi-sensing digitiser, i.e. digitiser using at least two different sensing technologies simultaneously or alternatively, e.g. for detecting pen and finger, for saving power or for improving position detection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04111—Cross over in capacitive digitiser, i.e. details of structures for connecting electrodes of the sensing pattern where the connections cross each other, e.g. bridge structures comprising an insulating layer, or vias through substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

본 명세서에서 설명된 실시형태들은 입력 오브젝트들에 의해 인가된 힘을 센싱하기 위한 입력 디바이스 및 연관된 프로세싱 시스템을 포함한다. 입력 디바이스는 디스플레이 스택으로서 형성된 복수의 층들을 포함하는 디스플레이 디바이스를 포함하고, 디스플레이 스택은 상부 표면을 포함한다. 입력 디바이스는 디스플레이 스택 내에 배치되고 상부 표면에 인가된 힘을 검출하도록 구성된 하나 이상의 변형 게이지들, 및 디스플레이 디바이스를 사용하여 디스플레이 업데이팅을 수행하고 하나 이상의 변형 게이지들을 사용하여 힘 센싱을 수행하도록 구성된 프로세싱 시스템을 더 포함한다.

Description

디스플레이 스택 내의 힘 센싱
본 개시의 실시형태들은 일반적으로 디스플레이 디바이스를 포함하는 입력 디바이스에 대한 입력 오브젝트들에 의해 인가된 힘을 센싱하기 위한 기법들에 관한 것이다.
(터치패드들 또는 터치 센서 디바이스들로도 통칭되는) 근접 센서 디바이스들을 포함하는 입력 디바이스들이 다양한 전자 시스템들에서 널리 사용된다. 근접 센서 디바이스는 통상적으로 표면에 의해 종종 디마킹된 센싱 영역을 포함하고, 여기서 근접 센서 디바이스는 하나 이상의 입력 오브젝트들의 존재, 위치 및/또는 모션을 결정한다. 근접 센서 디바이스들은 전자 시스템에 대한 인터페이스들을 제공하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 근접 센서 디바이스들은 종종 (노트북 또는 데스크톱 컴퓨터들에 통합된, 또는 그 주변의 불투명 터치패드들과 같은) 대형 컴퓨팅 시스템들에 대한 입력 디바이스들로서 사용된다. 근접 센서 디바이스들은 또한 종종 (셀룰러 폰들에 통합된 터치 스크린들과 같은) 소형 컴퓨팅 시스템들에서 사용된다.
본 명세서에서 설명된 하나의 실시형태는 입력 오브젝트들에 의해 인가된 힘을 센싱하기 위한 입력 디바이스이다. 입력 디바이스는 디스플레이 스택으로서 형성된 복수의 층들을 포함하는 디스플레이 디바이스를 포함하고, 디스플레이 스택은 상부 표면을 포함한다. 입력 디바이스는 디스플레이 스택 내에 배치되고 상부 표면에 인가된 힘을 검출하도록 구성된 하나 이상의 변형 게이지 (strain gauge) 들, 및 디스플레이 디바이스를 사용하여 디스플레이 업데이팅을 수행하고 하나 이상의 변형 게이지들을 사용하여 힘 센싱을 수행하도록 구성된 프로세싱 시스템을 더 포함한다.
본 명세서에서 설명된 다른 실시형태는 통합된 디스플레이 디바이스를 가진 입력 디바이스에 대한 프로세싱 시스템이고, 입력 디바이스는 입력 오브젝트들에 의해 인가된 힘을 센싱하도록 구성된 하나 이상의 변형 게이지들을 포함한다. 프로세싱 시스템은 디스플레이 디바이스를 업데이트하도록 구성된 회로부를 포함하는 디스플레이 드라이버 모듈 및 용량성 센싱 데이터를 획득하기 위해 입력 디바이스의 복수의 센서 전극들을 동작시키도록 구성된 회로부를 포함하는 용량성 센싱 모듈을 포함한다. 프로세싱 시스템은 하나 이상의 변형 게이지들을 사용하여 힘 센싱 데이터를 획득하도록 구성된 회로부를 포함하는 힘 센싱 모듈을 더 포함한다. 하나 이상의 변형 게이지들은 복수의 센서 전극들로부터 선택된 하나 이상의 센서 전극들을 사용하여 형성되고, 선택된 하나 이상의 센서 전극들은 힘 센싱 및 용량성 센싱을 수행하도록 구성된다.
본 명세서에서 설명된 다른 실시형태는 디스플레이 스택으로서 형성된 복수의 층들을 포함하는 디스플레이 디바이스이고, 디스플레이 스택은 상부 표면을 포함한다. 디스플레이 디바이스는 디스플레이 스택 내에 배치되고 디스플레이 업데이팅을 수행하기 위해 프로세싱 시스템에 의해 드라이빙되도록 구성된 복수의 디스플레이 전극들을 더 포함한다. 디스플레이 디바이스는 디스플레이 스택 내에 배치되고 프로세싱 시스템에 의해 드라이빙된 신호들에 기초하여 상부 표면에 인가된 힘을 검출하도록 구성된 하나 이상의 변형 게이지들을 더 포함한다.
본 개시의 상기 언급된 피처들이 상세히 이해될 수 있도록, 일부가 첨부된 도면들에 예시된 실시형태들을 참조하여, 상기 간략히 요약된 본 개시의 보다 구체적인 설명이 이루어질 수도 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 개시의 통상적인 실시형태들만을 예시한 것이고 따라서 그 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 본 개시는 다른 동등하게 효과적인 실시형태들을 인정할 수도 있다는 것에 유의해야 한다.
도 1 은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 입력 디바이스의 개략적 블록 다이어그램이다.
도 2a, 도 2b, 및 도 3 은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 예시적인 센서 전극 어레인지먼트들의 부분들을 예시한다.
도 4 는 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 디스플레이 디바이스의 디스플레이 스택을 형성하는 복수의 층들의 예시적인 어레인지먼트를 예시한다.
도 5 및 도 6 은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 디스플레이 스택의 다중 층들의 예시적인 계면들을 예시한다.
도 7 은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 변형-집중 (strain-concentrating) 피처를 포함하는 층을 가진 예시적인 계면을 예시한다.
도 8 및 도 9 는 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 디스플레이 디바이스의 디스플레이 영역 외측에 배치된 변형 게이지들의 예시적인 어레인지먼트들을 예시한다.
도 10 은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 프로세싱 시스템과 커플링된 다중 변형 게이지 브릿지들의 예시적인 어레인지먼트를 예시한다.
도 11 은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 변형 게이지 브릿지를 사용하여 신호를 센싱하기 위한 예시적인 어레인지먼트를 예시한다.
이해를 용이하게 하기 위해, 동일한 참조 번호들이, 가능한 경우, 도면들에 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 사용되었다. 하나의 실시형태에서 개시된 엘리먼트들은 특정 설명 없이 다른 실시형태들에 유익하게 활용될 수도 있다는 것이 고려된다. 여기에 언급된 도면들은 특별히 언급하지 않는 한 일정한 비례로 그려진 것으로 이해되어서는 안된다. 또한, 제시 및 설명의 명료성을 위해 도면들은 종종 단순화되고 상세들 및 컴포넌트들은 생략된다. 도면들 및 논의는 아래에 논의된 원리들을 설명하도록 기능하며, 여기서 동일한 지정들은 동일한 엘리먼트들을 나타낸다.
다음의 상세한 설명은 사실상 예시적인 것일 뿐이며 본 개시 또는 본 개시의 적용 및 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 더욱이, 전술의 배경, 개요, 또는 다음의 상세한 설명에 제시된 임의의 표현된 또는 함축된 이론에 의해 제한하려는 의도는 없다.
본 기술의 다양한 실시형태들은 유용성을 향상시키기 위한 입력 디바이스들 및 방법을 제공한다. 입력 디바이스는 입력 디바이스와 입력 오브젝트 (예를 들어, 스타일러스 또는 사용자의 손가락) 사이의 상호작용들을 검출하기 위해 센서 전극들로서 동작되는 전극들을 포함할 수도 있다. 입력 디바이스는 입력 오브젝트들과의 상호작용들 동안 인가된 힘들을 측정하기 위한 하나 이상의 변형 게이지들을 더 포함할 수도 있다. 획득된 힘 센싱 데이터는 획득된 용량성 센싱 데이터를 입증하고, 힘을 인가하는 사용자의 의도를 파악하고, 상이한 기능들을 수행하고, 등등을 행하는데 사용될 수 있다. 게다가, 힘 센싱을 위해 사용되는 변형 게이지들은 기존의 디스플레이 스택 구조에 통합될 수도 있으며, 이는 다른 힘 센싱 기법들을 사용하여 직면한 소정의 도전과제들을 완화시킨다. 예를 들어, 통합된 힘 센싱은 종종 입력 디바이스에 대한 제조 및 어셈블리 프로세스들에 상당한 추가적인 두께 또는 복잡화를 도입하지 않고 달성될 수 있다. 추가적으로, 변형 게이지들은 보다 선형의 힘 응답을 제공하기 위해 브릿지들로 그룹화될 수 있다.
도 1 은 본 기술의 실시형태들에 따른, 입력 디바이스 (100) 의 개략적 블록 다이어그램이다. 본 개시의 예시된 실시형태들은 디스플레이 디바이스 (160) 와 통합되는 것으로서 도시되지만, 본 개시는 디스플레이 디바이스들과 통합되지 않는 입력 디바이스들로 구현될 수도 있다는 것이 고려된다. 입력 디바이스 (100) 는 전자 시스템 (150) 에 입력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 이 문서에서 사용한 바와 같이, 용어 "전자 시스템" (또는 "전자 디바이스") 은 정보를 전자적으로 프로세싱하는 것이 가능한 임의의 시스템을 광범위하게 지칭한다. 전자 시스템들의 일부 비제한적 예들은 모든 사이즈들 및 형상들의 개인 컴퓨터들, 랩톱 컴퓨터들, 넷북 컴퓨터들, 태블릿들, 웹 브라우저들, e-북 리더들, 및 PDA (personal digital assistant) 들을 포함한다. 추가적인 예의 전자 시스템들은 입력 디바이스 (100) 및 별도의 조이스틱들 또는 키 스위치들을 포함하는 물리적 키보드들과 같은 복합 입력 디바이스들을 포함한다. 추가의 예의 전자 시스템들은 데이터 입력 디바이스들 (리모트 컨트롤들 및 마우스들을 포함함), 및 데이터 출력 디바이스들 (디스플레이 스크린들 및 프린터들을 포함함) 과 같은 주변기기들을 포함한다. 다른 예들은 원격 단말기들, 키오스크들, 및 비디오 게임 머신들 (예를 들어, 비디오 게임 콘솔들, 휴대용 게이밍 디바이스들 등) 을 포함한다. 다른 예들은 통신 디바이스들 (셀룰러 폰들, 이를 테면 스마트 폰들을 포함함), 및 미디어 디바이스들 (레코더들, 에디터들, 및 플레이어들, 이를 테면 텔레비전들, 뮤직 플레이어들, 디지털 포토 프레임들, 및 디지털 카메라들을 포함함) 을 포함한다. 추가적으로, 전자 시스템은 입력 디바이스에 대해 호스트이거나 또는 슬레이브일 수 있다.
입력 디바이스 (100) 는 전자 시스템의 물리적 부분으로서 구현될 수 있거나, 또는 전자 시스템과는 물리적으로 분리될 수 있다. 적절하게, 입력 디바이스 (100) 는 다음: 버스들, 네트워크들, 및 다른 유선 또는 무선 인터커넥션들 중 임의의 하나 이상을 사용하여 전자 시스템의 부분들과 통신할 수도 있다. 예들은 I2C, SPI, PS/2, USB (Universal Serial Bus), 블루투스, RF, 및 IRDA 를 포함한다.
도 1 에서, 입력 디바이스 (100) 는 센싱 영역 (170) 에서 하나 이상의 입력 오브젝트들 (140) 에 의해 제공된 입력을 센싱하도록 구성된 근접 센서 디바이스 (종종 "터치패드" 또는 "터치 센서 디바이스" 로도 지칭됨) 로서 도시된다. 예의 입력 오브젝트들은 도 1 에 도시한 바와 같이 손가락 및 스타일러스들을 포함한다.
센싱 영역 (170) 은, 입력 디바이스 (100) 가 사용자 입력 (예를 들어, 하나 이상의 입력 오브젝트들 (140) 에 의해 제공된 사용자 입력) 을 검출하는 것이 가능한, 입력 디바이스 (100) 상방의, 주위의, 안의 및/또는 근처의 임의의 공간을 포괄한다. 특정한 센싱 영역들의 사이즈들, 형상들, 및 위치들은 실시형태마다 폭넓게 가변할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 센싱 영역 (170) 은 신호-대-잡음비들이 충분히 정확한 오브젝트 검출을 못하게 할 때까지 입력 디바이스 (100) 의 표면으로부터 하나 이상의 방향들에서 공간으로 연장된다. 이 센싱 영역 (170) 이 특정한 방향으로 연장되는 거리는, 다양한 실시형태들에서, 밀리미터 미만, 수 밀리미터, 수 센티미터, 또는 그 이상 정도일 수도 있고, 사용되는 센싱 기술의 타입 및 원하는 정확성에 따라 상당히 가변할 수도 있다. 따라서, 일부 실시형태들은 입력 디바이스 (100) 의 임의의 표면들과의 비접촉 (no contact), 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면 (예를 들어, 터치 표면) 과의 접촉, 어느 정도의 인가된 힘 또는 압력으로 커플링된 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면과의 접촉, 및/또는 그 조합을 포함하는 입력을 센싱한다. 다양한 실시형태들에서, 입력 표면들은 센서 전극들이 상주하는 케이싱들의 표면들에 의해, 센서 전극들 또는 임의의 케이싱들 위에 적용된 페이스 시트들에 의해 등등으로 제공될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 센싱 영역 (170) 은 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면으로 프로젝팅될 때 직사각형, 원형, 또는 유사한 형상을 갖는다.
입력 디바이스 (100) 는 센싱 영역 (170) 에서 사용자 입력을 검출하기 위해 센서 컴포넌트들과 센싱 기술들의 임의의 조합을 활용할 수도 있다. 입력 디바이스 (100) 는 사용자 입력을 검출하기 위한 복수의 센서 전극들 (120) 을 포함한다. 입력 디바이스 (100) 는 센서 전극들을 형성하기 위해 결합되는 하나 이상의 센서 전극들 (120) 을 포함할 수도 있다. 여러 비제한적 예들로서, 입력 디바이스 (100) 는 용량성, 탄성, 저항성, 유도성, 자기 음향, 초음파, 및/또는 광학 기법들을 사용할 수도 있다.
일부 구현들은 1, 2, 3, 또는 더 높은 차원의 공간들에 걸쳐 이어지는 이미지들을 제공하도록 구성된다. 일부 구현들은 특정한 축들 또는 평면들을 따라 입력의 프로젝션들을 제공하도록 구성된다.
입력 디바이스 (100) 의 일부 저항성 구현들에서, 가요성 및 전도성 제 1 층은 전도성 제 2 층으로부터 하나 이상의 스페이서 엘리먼트들에 의해 분리된다. 동작 동안, 하나 이상의 전압 구배 (gradient) 들이 층들을 가로질러 생성된다. 가요성 제 1 층을 가압하면, 층들 사이에 전기 접촉을 생성할 만큼 충분히 편향시킬 수도 있어, 층들 사이의 접촉 포인트(들)를 반영하는 전압 출력들이 얻어진다. 이들 전압 출력들은 포지션 정보를 결정하는데 사용될 수도 있다.
입력 디바이스 (100) 의 일부 유도성 구현들에서, 하나 이상의 센서 전극들 (120) 은 공진 코일 또는 코일들의 쌍에 의해 유도된 루프 전류들을 픽업한다. 전류들의 매그니튜드, 위상, 및 주파수의 일부 조합은 그 후 포지션 정보를 결정하는데 사용될 수도 있다.
입력 디바이스 (100) 의 일부 용량성 구현들에서, 전압 또는 전류는 전기장을 생성하기 위해 인가된다. 인근의 입력 오브젝트들은 전기장에 있어서 변화들을 야기하고, 전압, 전류 등의 변화들로서 검출될 수도 있는 용량성 커플링에 있어서 검출가능한 변화들을 초래한다.
일부 용량성 구현들은 전기장들을 생성하기 위해 용량성 센서 전극들 (120) 의 어레이들 또는 다른 규칙적 또는 불규칙적 패턴들을 활용한다. 일부 용량성 구현들에서, 별도의 센서 전극들 (120) 은 더 큰 센서 전극들을 형성하기 위해 함께 오믹 쇼트될 (ohmically shorted) 수도 있다. 일부 용량성 구현들은 균일하게 저항성일 수도 있는 저항성 시트들을 활용한다.
상기 논의한 바와 같이, 일부 용량성 구현들은 센서 전극들 (120) 과 입력 오브젝트 사이의 용량성 커플링의 변화들에 기초하여 "자기 커패시턴스 (self capacitance)" (또는 "절대 커패시턴스 (absolute capacitance)") 센싱 방법들을 활용한다. 하나의 실시형태에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 전극 (120) 에 알려진 진폭을 가진 전압을 드라이빙하고 드라이빙된 전압으로 센서 전극을 충전하기 위해 요구되는 전하의 양을 측정하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 알려진 전류를 드라이빙하고 결과의 전압을 측정하도록 구성된다. 다양한 실시형태들에서, 센서 전극들 (120) 근처의 입력 오브젝트는 센서 전극들 (120) 근처의 전기장을 바꾸고, 따라서 측정된 용량성 커플링을 변화시킨다. 하나의 구현에서, 절대 커패시턴스 센싱 방법은 모듈레이팅된 신호를 사용하여 레퍼런스 전압 (예를 들어, 시스템 그라운드) 에 대하여 센서 전극들 (120) 을 모듈레이팅하는 것에 의해, 그리고 센서 전극들 (120) 과 입력 오브젝트들 (140) 사이의 용량성 커플링을 검출하는 것에 의해 동작한다.
추가적으로 상기 논의한 바와 같이, 일부 용량성 구현들은 센싱 전극들 사이의 용량성 커플링의 변화들에 기초하여 상호 커패시턴스 (mutual capacitance)" (또는 "트랜스커패시턴스 (transcapacitance)") 센싱 방법들을 활용한다. 다양한 실시형태들에서, 센싱 전극들 근처의 입력 오브젝트 (140) 는 센싱 전극들 사이의 전기장을 바꾸고, 따라서 측정된 용량성 커플링을 변화시킨다. 하나의 구현에서, 트랜스커패시티브 센싱 방법은 아래에 추가로 설명한 바와 같이 하나 이상의 송신기 센싱 전극들 (또한 "송신기 전극들") 과 하나 이상의 수신기 센싱 전극들 (또한 "수신기 전극들") 사이의 용량성 커플링을 검출하는 것에 의해 동작한다. 송신기 센싱 전극들은 송신기 신호들을 송신하기 위해 레퍼런스 전압 (예를 들어, 시스템 그라운드) 에 대해 모듈레이팅될 수도 있다. 수신기 센싱 전극들은 결과의 신호들의 수신을 용이하게 하기 위해 레퍼런스 전압에 대해 상당히 일정하게 유지될 수도 있다. 결과의 신호는 하나 이상의 송신기 신호들에, 및/또는 환경적 간섭의 하나 이상의 소스들 (예를 들어, 다른 전자기 신호들) 에 대응하는 효과(들)를 포함할 수도 있다. 센싱 전극들은 전용 송신기 전극들 또는 수신기 전극들일 수도 있거나, 또는 송신과 수신 양자 모두를 행하도록 구성될 수도 있다.
도 1 에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 디바이스 (100) 의 부분으로서 도시된다. 프로세싱 시스템 (110) 은 센싱 영역 (170) 에서의 입력을 검출하기 위해 입력 디바이스 (100) 의 하드웨어를 동작시키도록 구성된다. 프로세싱 시스템 (110) 은 하나 이상의 집적 회로들 (IC들) 및/또는 다른 회로부 컴포넌트들의 부분들 또는 전부를 포함한다. 예를 들어, 상호 커패시턴스 센서 디바이스에 대한 프로세싱 시스템은 송신기 센서 전극들로 신호들을 송신하도록 구성된 송신기 회로부, 및/또는 수신기 센서 전극들로 신호들을 수신하도록 구성된 수신기 회로부를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 또한 전자적 판독가능 명령들, 이를 테면 펌웨어 코드, 소프트웨어 코드 등을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 을 구성하는 컴포넌트들은 입력 디바이스 (100) 의 센서 전극(들) (120) 근처와 같이, 함께 위치된다. 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 의 컴포넌트들은 입력 디바이스 (100) 의 센서 전극(들) (120) 에 가까운 하나 이상의 컴포넌트들, 및 다른 곳의 하나 이상의 컴포넌트들과 물리적으로 분리된다. 예를 들어, 입력 디바이스 (100) 는 데스크톱 컴퓨터에 커플링된 주변기기일 수도 있고, 프로세싱 시스템 (110) 은 데스크톱 컴퓨터의 중앙 프로세싱 유닛 및 그 중앙 프로세싱 유닛과는 별개인 하나 이상의 IC들 (아마도 연관됨 펌웨어를 가짐) 상에서 실행하도록 구성된 소프트웨어를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 입력 디바이스 (100) 는 폰에 물리적으로 통합될 수도 있고, 프로세싱 시스템 (110) 은 폰의 메인 프로세서의 부분인 회로들 및 펌웨어를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 디바이스 (100) 를 구현하는 것에 전용된다. 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 또한, 디스플레이 스크린들을 동작시키는 것, 햅틱 액추에이터들을 드라이빙하는 것 등과 같은 다른 기능들을 수행한다.
프로세싱 시스템 (110) 은 프로세싱 시스템 (110) 의 상이한 기능들을 핸들링하는 모듈들의 세트로서 구현될 수도 있다. 각각의 모듈은 프로세싱 시스템 (110) 의 부분인 회로부, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 그 조합을 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 모듈들의 상이한 조합들이 사용될 수도 있다. 예의 모듈들은 센서 전극들 및 디스플레이 스크린들과 같은 하드웨어를 동작시키기 위한 하드웨어 동작 모듈들, 센서 신호들 및 포지션 정보와 같은 데이터를 프로세싱하기 위한 데이터 프로세싱 모듈들, 및 정보를 레포팅하기 위한 레포팅 모듈들을 포함한다. 추가의 예의 모듈들은 입력을 검출하기 위해 센서 전극들 (120) 을 동작시키도록 구성된 센서 동작 모듈들, 모드 변경 제스처들과 같은 제스처들을 식별하도록 구성된 식별 모듈들, 및 동작 모드들을 변경하기 위한 모드 변경 모듈들을 포함한다. 프로세싱 시스템 (110) 은 또한 하나 이상의 제어기들을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 하나 이상의 액션들을 야기하는 것에 의해 직접 센싱 영역 (170) 에서의 사용자 입력 (또는 사용자 입력의 결여) 에 응답한다. 예의 액션들은 동작 모드들을 변경하는 것, 뿐만 아니라 커서 움직임, 선택, 메뉴 내비게이션, 및 다른 기능들과 같은 GUI 액션들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 전자 시스템의 일부 부분에 (예를 들어, 프로세싱 시스템 (110) 과는 별개인 전자 시스템의 중앙 프로세싱 시스템이 존재하는 경우, 이러한 별개의 중앙 프로세싱 시스템에) 입력 (또는 입력의 결여) 에 관한 정보를 제공한다. 일부 실시형태들에서, 전자 시스템의 일부 부분은 사용자 입력에 따라 작동하기 위해, 이를 테면 모드 변경 액션들 및 GUI 액션들을 포함한, 풀 범위의 액션들을 용이하게 하기 위해 프로세싱 시스템 (110) 으로부터 수신된 정보를 프로세싱한다.
예를 들어, 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 센싱 영역 (170) 에서의 입력 (또는 입력의 결여) 을 나타내는 전기 신호들을 생성하기 위해 입력 디바이스 (100) 의 센서 전극(들) (120) 을 동작시킨다. 프로세싱 시스템 (110) 은 전자 시스템에 제공된 정보를 생성하는데 있어서 전기 신호들에 대해 임의의 적절한 양의 프로세싱을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 전극들 (120) 로부터 획득된 아날로그 전기 신호들을 디지털화할 수도 있다. 다른 예로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 필터링 또는 다른 신호 컨디셔닝을 수행할 수도 있다. 또 다른 예로서, 프로세싱 시스템 (110) 은, 정보가 전기 신호들과 베이스라인 사이의 차이를 반영하도록, 베이스라인을 빼거나 또는 다르게는 고려할 수도 있다. 베이스라인은 비입력 (no input) 오브젝트들이 센싱 영역에 있는 것으로 결정될 때 획득될 수도 있다. 또 다른 추가의 예들로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 포지션 정보를 결정하고, 커맨드들로서 입력들을 인식하고, 핸드라이팅을 인식하고 등등을 할 수도 있다.
"포지션 정보 (positional information)" 는 본 명세서에서 사용한 바와 같이, 절대 포지션, 상대 포지션, 속도, 가속도, 및 다른 타입들의 공간 정보를 광범위하게 포괄한다. 예시적인 "0-차원" 포지션 정보는 근처 (near)/먼 (far) 또는 접촉/비접촉 정보를 포함한다. 예시적인 "1-차원" 포지션 정보는 축을 따르는 포지션들을 포함한다. 예시적인 "2-차원" 포지션 정보는 평면에서의 모션들을 포함한다. 예시적인 "3-차원" 포지션 정보는 공간에서의 순간 또는 평균 속도들을 포함한다. 추가의 예들은 공간 정보의 다른 표현들을 포함한다. 예를 들어, 시간의 경과에 따른 포지션, 모션, 또는 순간 속도를 추적하는 이력 데이터를 포함하는, 하나 이상의 타입들의 포지션 정보에 관한 이력 데이터가 또한 결정 및/또는 저장될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 입력 디바이스 (100) 는 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 또는 일부 다른 프로세싱 시스템에 의해 동작되는 추가적인 입력 컴포넌트들로 구현된다. 이들 추가적인 입력 컴포넌트들은 센싱 영역 (170) 에서의 입력에 대한 리던던트 기능성, 또는 일부 다른 기능성을 제공할 수도 있다. 도 1 은 입력 디바이스 (100) 를 사용하여 아이템들의 선택을 용이하게 하는데 사용될 수 있는 센싱 영역 (170) 근처의 버튼들 (130) 을 도시한다. 다른 타입들의 추가적인 입력 컴포넌트들은 슬라이더들, 볼들, 휠들, 스위치들 등을 포함한다. 반대로, 일부 실시형태들에서, 입력 디바이스 (100) 는 어떤 다른 입력 컴포넌트들 없이 구현될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 입력 디바이스 (100) 는 터치 스크린 인터페이스를 포함하고, 센싱 영역 (170) 은 디스플레이 디바이스 (160) 의 디스플레이 스크린의 액티브 에어리어의 적어도 부분에 오버랩한다. 예를 들어, 입력 디바이스 (100) 는 디스플레이 스크린을 오버레이하는 실질적으로 투명한 센서 전극들 (120) 을 포함하고 연관된 전자 시스템에 대한 터치 스크린 인터페이스를 제공할 수도 있다. 디스플레이 스크린은 사용자에게 시각적 인터페이스를 디스플레이하는 것이 가능한 임의의 타입의 동적 디스플레이일 수도 있고, 임의의 타입의 발광 다이오드 (LED), 유기 LED (OLED), 음극선관 (CRT), 액정 디스플레이 (LCD), 플라즈마, 전기발광 (electroluminescence; EL), 또는 다른 디스플레이 기술을 포함할 수도 있다. 입력 디바이스 (100) 및 디스플레이 디바이스 (160) 는 물리적 엘리먼트들을 공유할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들은 디스플레이 및 센싱을 위해 동일한 전기 컴포넌트들의 일부를 활용할 수도 있다. 다른 예로서, 디스플레이 디바이스 (160) 는 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 동작될 수도 있다.
본 기술의 많은 실시형태들은 완전히 기능하는 장치의 맥락에서 설명되지만, 본 기술의 메커니즘들은 다양한 형태들의 프로그램 제품 (예를 들어, 소프트웨어) 으로서 배포되는 것이 가능한 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 기술의 메커니즘들은 전자 프로세서들에 의해 판독가능한 정보 베어링 매체들 (예를 들어, 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 판독가능한 비일시적 컴퓨터 판독가능 및/또는 기록가능/기입가능 정보 베어링 매체들) 상에 소프트웨어 프로그램으로서 구현 및 배포될 수도 있다. 추가적으로, 본 기술의 실시형태들은 배포를 수행하는데 사용되는 매체의 특정한 타입에 상관없이 동일하게 적용한다. 비일시적 전자적 판독가능 매체들의 예들은 다양한 디스크들, 메모리 스틱들, 메모리 카드들, 메모리 모듈들 등을 포함한다. 전자적 판독가능 매체들은 플래시, 광학, 자기, 홀로그램, 또는 임의의 다른 저장 기술에 기초할 수도 있다.
센서 전극 어레인지먼트들
도 2a, 도 2b, 및 도 3 은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 예시적인 센서 전극 어레인지먼트들의 부분들을 예시한다. 구체적으로, 센서 전극 어레인지먼트 (200) (도 2a) 는 여러 실시형태들에 따라, 패턴과 연관된 센싱 영역 (170) 에서 센싱하도록 구성된 센서 전극들의 패턴의 부분을 예시한다. 예시 및 설명의 명료함을 위해, 도 2a 는 단순 직사각형들의 패턴으로 센서 전극들을 도시하고, 다양한 연관된 컴포넌트들을 도시하지 않는다. 센싱 전극들의 이 패턴은 제 1 복수의 센서 전극들 (205) (예를 들어, 205-1, 205-2, 205-3, 205-4), 및 그 복수의 센서 전극들 (205) 위에 배치된 제 2 복수의 센서 전극들 (215) (예를 들어, 215-1, 215-2, 215-3, 215-4) 을 포함한다. 센서 전극들 (205, 215) 은 각각 상기 논의된 센서 전극들 (120) 의 예들이다. 하나의 실시형태에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 제 1 복수의 센서 전극들 (205) 을 복수의 송신기 전극들로서 동작시키고, 제 2 복수의 센서 전극들 (215) 을 복수의 수신기 전극들로서 동작시킨다. 다른 실시형태에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 제 1 복수의 센서 전극들 (205) 및 제 2 복수의 센서 전극들 (215) 을 절대 용량성 센싱 전극들로서 동작시킨다.
제 1 복수의 센서 전극들 (205) 및 제 2 복수의 센서 전극들 (215) 은 통상적으로 서로 오믹 격리된 (ohmically isolated) 다. 즉, 하나 이상의 절연체들이 제 1 복수의 센서 전극들 (205) 및 제 2 복수의 센서 전극들 (215) 을 분리하고 그들이 서로 전기적으로 쇼트하는 것을 방지한다. 일부 실시형태들에서, 제 1 복수의 센서 전극들 (205) 및 제 2 복수의 센서 전극들 (215) 은 공통 층 상에 배치될 수도 있다. 복수의 센서 전극들 (205, 215) 은 크로스-오버 에어리어들에서 그들 사이에 배치된 절연 재료에 의해 전기적으로 분리될 수도 있다; 이러한 구성들에서, 제 1 복수의 센서 전극들 (205) 및/또는 제 2 복수의 센서 전극들 (215) 은 동일한 전극의 상이한 부분들을 연결하는 점퍼들로 형성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 복수의 센서 전극들 (205) 및 제 2 복수의 센서 전극들 (215) 은 절연 재료의 하나 이상의 층들에 의해 분리된다. 일부 실시형태들에서, 제 1 복수의 센서 전극들 (205) 및 제 2 복수의 센서 전극들 (215) 은 하나 이상의 기판들에 의해 분리된다; 예를 들어, 그들은 동일한 기판의 대향 측면들 상에 배치되거나, 또는 함께 라미네이트되는 상이한 기판들 상에 배치될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 복수의 센서 전극들 (205, 215) 은 포지션 센싱 (용량성) 을 위해 및 힘 센싱을 위해 동작될 수도 있다. 예를 들어, 용량성 센싱 전극으로서 동작된 특정한 센서 전극 (205, 215) 은 용량성 센싱을 수행하기 위해 시스템 그라운드 또는 다른 레퍼런스 전압에 대해 모듈레이팅될 수도 있고, 센서 전극 (205, 215) 은 또한, 그것을 통하여 흐르는 전류를 가져 입력 오브젝트에 의해 인가된 힘으로부터의 변형에 관련된 변화를 측정할 수도 있다.
복수의 센서 전극들 (205, 215) 은 임의의 원하는 형상들로 형성될 수도 있다. 더욱이, 센서 전극들 (205) 의 사이즈 및/또는 형상은 센서 전극들 (215) 의 사이즈 및/또는 형상과는 상이할 수도 있다. 추가적으로, 기판의 동일한 측면 상에 위치된 센서 전극들 (205, 215) 은 상이한 형상들 및/또는 사이즈들을 가질 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 제 1 복수의 센서 전극들 (205) 은 제 2 복수의 센서 전극들 (215) 보다 더 클 수도 있지만 (예를 들어, 더 큰 표면적을 가짐), 이것이 요건은 아니다. 다른 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 복수의 센서 전극들 (205, 215) 은 유사한 사이즈 및/또는 형상을 가질 수도 있다.
더욱이, 일부 실시형태들에서, 센서 전극들 (205, 215) 의 일부 또는 전부는 복수의 더 작은 전극들을 개별적으로 포함할 수도 있다. 도 2b 는 복수의 전극 세그먼트들 (255A 내지 255D) 을 포함하는 예시적인 센서 전극 (205) 을 예시한다. 각각의 전극 세그먼트 (255A, 255B, 255C, 255D) 는 개별의 저항 (260) 및 가변 저항 (265) 을 포함한다. 예를 들어, 전극 세그먼트 (255A) 는 저항 (260A) 및 가변 저항 (265A) 을 포함한다. 프로세싱 시스템 (110) 은 전극 세그먼트 (255A) 의 제 1 노드 (270-1) 에서, 그리고 전극 세그먼트 (255D) 의 제 2 노드 (170-2) 에서 센서 전극 (250) 과 접속한다. 전극 세그먼트 (255A) 는 커넥션 (275-1) 에서 전극 세그먼트 (255B) 와 커플링된다. 마찬가지로, 전극 세그먼트들 (255B, 255C) 은 커넥션 (275-2) 에서 커플링되고, 전극 세그먼트들 (255C, 255D) 은 커넥션 (275-3) 에서 커플링된다.
가변 저항들 (265A, ..., 265D) 은 대응하는 센서 전극 세그먼트 (255A, ..., 255D) 가 변형될 때 변화하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 저항들 (260A, ..., 260D) 및/또는 가변 저항들 (265A, ..., 265D) 은 미리정의된 힘 범위, 예를 들어, 힘이 입력 표면에 인가될 때 센싱될 수 있는 최대 변형량에 대응하도록 구성된다. 저항들 (260A, ..., 260D) 및/또는 가변 저항들 (265A, ..., 265D) 은 재료 선택 및/또는 패터닝 기법들을 통하여 제어될 수도 있다. 예를 들어, 저항들 (260A, ..., 260D) 및/또는 가변 저항들 (265A, ..., 265D) 은 센서 전극 (205) 의 사이즈, 길이, 폭, 및/또는 형상을 변화시키는 것에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 센서 전극 (205) 은 인듐 주석 산화물 (ITO) 로 이루어지지만, 다른 재료들도 또한 가능하다. 게다가, 센서 전극 (205) 은 상이한 영역들에, 예를 들어, 상이한 전극 세그먼트들 (255A, ..., 255D) 에 상이한 재료들을 포함할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 제 1 복수의 센서 전극들 (205) 은 실질적으로 제 1 방향으로 연장되는 한편, 제 2 복수의 센서 전극들 (215) 은 실질적으로 제 2 방향으로 연장된다. 예를 들어, 그리고 도 2 에 도시한 바와 같이, 제 1 복수의 센서 전극들 (205) 은 하나의 방향으로 연장되는 한편, 제 2 복수의 센서 전극들 (215) 은 센서 전극들 (205) 에 실질적으로 직각인 방향으로 연장된다. 다른 배향들도 또한 가능하다 (예를 들어, 평행 또는 다른 상대적 배향들).
프로세싱 시스템 (110) 은 센서 전극들 (205, 215) 과 커플링되고 용량성 센싱 회로부 (220), 힘 센싱 회로부 (230), 및 디스플레이 드라이버 회로부 (240) 를 포함한다. 용량성 센싱 회로부 (220) 는 입력 센싱이 요망되는 주기들 동안에 용량성 센싱을 위해 센서 전극들 (205, 215) 중 적어도 하나를 드라이빙하도록 구성된 회로부를 포함한다. 하나의 실시형태에서, 용량성 센싱 회로부 (220) 는 적어도 하나의 센서 전극과 입력 오브젝트 사이의 절대 커패시턴스의 변화들을 검출하기 위해 적어도 하나의 센서 전극 (205, 215) 으로 모듈레이팅된 신호를 드라이빙하도록 구성된다. 다른 실시형태에서, 용량성 센싱 회로부 (220) 는 적어도 하나의 센서 전극 (205, 215) 과 다른 센서 전극 (205, 215) 사이의 트랜스커패시턴스의 변화들을 검출하기 위해 센서 전극들 (205, 215) 중 적어도 하나로 송신기 신호를 드라이빙하도록 구성된다. 모듈레이팅된 신호 및 송신기 신호는 일반적으로 입력 센싱을 위해 할당된 시간 주기에 걸쳐 복수의 전압 트랜지션들을 포함하는 가변하는 전압 신호들이다.
힘 센싱 회로부 (230) 는 하나 이상의 변형 게이지 엘리먼트들을 가로질러 신호들을 드라이빙하고 결과의 신호들을 측정하여 힘 센싱 데이터를 획득하도록 구성된 회로부를 포함한다. 예를 들어, 전압은 하프-브릿지 구성에서 센서 전극들을 가로질러 드라이빙될 수도 있고, 전압은 하프-브릿지의 중간에서 측정된다. 변형 게이지들의 저항성 구현들에 대해, 변형 게이지들의 저항은 인가된 힘의 양 및 위치에 의존하여 변화한다. 따라서, 저항 측정치들이 인가된 힘들의 양 및/또는 위치를 결정하는데 사용될 수도 있다. 변형 게이지들의 다른 구현들이 가능하다. 광학 구현에서, 변형 게이지들은 힘이 인가될 때 편광 또는 간섭 프린지들을 보일 수도 있고, 이들은 인가된 힘들의 양 및/또는 위치를 결정하기 위해 측정 및 평가될 수도 있다.
획득된 힘 센싱 데이터는 프로세싱 시스템 (110) 에 추가적인 입력 정보를 제공할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 힘 센싱 데이터는 용량성 센싱 회로부 (220) 에 의해 획득된 용량성 센싱 데이터를 입증하는데 사용될 수 있다. 하나의 예에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 용량성 센싱 데이터를 사용하는 것에 의해 결정된 터치 위치들의 정확성을 결정하기 위해 힘 센싱 데이터를 사용할 수도 있거나, 또는 그 반대도 마찬가지이다. 일부 실시형태들에서, 힘 센싱 데이터는 힘을 인가하는 사용자의 의도를 파악하는데 사용될 수 있다. 하나의 예에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 인가된 힘의 양에 기초하여 검출된 터치 이벤트가 의도적인지 또는 단지 우연적인지 - 그리고 터치가 유효한 입력으로서 취급되어야 하는지 여부 - 를 결정한다 (예를 들어, 사용자의 손의 하나의 부분의 가벼운 터치는 우연인 것으로 결정될 수도 있고 사용자의 손의 다른 부분은 보다 힘있는 입력을 제공하고 있다). 일부 실시형태들에서, 힘 센싱 데이터는 인가된 힘의 양에 의존하여, 상이한 기능들을 수행하고, 상이한 사용자 인터페이스 (UI) 엘리먼트들을 활성화하며 등등을 행하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, UI 엘리먼트에의 가벼운 누름은 제 1 기능이 수행되게 할 수도 있는 한편, 더 강한 누름은 제 2 기능이 수행되게 할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 힘 센싱 데이터는 스누즈 (snooze) 또는 슬립 (sleep) 모드와 같은 미리정의된 저전력 상태 밖으로 프로세싱 시스템 (110) 의 적어도 부분을 웨이크하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 힘 센싱 데이터는 프로세싱 시스템 (110) 의 용량성 센싱 회로부 (220) 를 웨이크하는데 사용될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 힘 센싱 데이터는 디스플레이 드라이버 회로부 (240) 및/또는 용량성 센싱 회로부 (220) 를 웨이크하는데 사용될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 변형 게이지들은 센서 전극들 (205, 215) 과는 별개인 별도의 엘리먼트들이다. 다른 실시형태들에서, 변형 게이지들은 추가적으로 또는 대안적으로 센서 전극들 (205, 215) 중 하나 이상을 사용할 수도 있다. 도시한 바와 같이, 센서 전극들 (205, 215) 의 각각은 장축을 따라 상당히 프로젝팅하며, 이는 센서 전극들 (205, 215) 을 개별의 장축 방향으로의 변형에 더 민감하게 만든다. 변형 게이지들의 구성에 관한 추가적인 상세들이 도 4 및 다음의 논의와 함께 포함된다.
일부 실시형태들에서, 힘 센싱 회로부 (230) 및 용량성 센싱 회로부 (220) 는 적어도 일부 회로부를 공유한다. 예를 들어, 힘 센싱 회로부 (230) 및 용량성 센싱 회로부 (220) 는 센싱 데이터를 획득 및/또는 프로세싱하기 위해 하나 이상의 아날로그 프론트 엔드들 (AFE들) 을 공유할 수도 있다. 용량성 센싱을 위해 사용되는 AFE들은 공유될 수도 있으며, 여기서 AFE 와 연관된 변형 게이지들은 적합한 동적 범위 (예를 들어, 약 1% 의 브릿지 저항 오프셋 편차) 및 게이지 팩터 (예를 들어, ~ 2 이상) 로 제작된다. 대안적으로, 일부 AFE들 또는 다른 수신기 회로부, 이를 테면 증폭기들은 힘 센싱을 위해 지정되고 터치 센싱을 위해서는 사용되지 않는다.
디스플레이 드라이버 회로부 (240) 는 프로세싱 시스템 (110) 에 포함되거나 또는 이와 별개일 수도 있다. 디스플레이 드라이버 회로부 (240) 는 디스플레이 디바이스 (160) 의 디스플레이에 디스플레이 이미지 업데이트 정보를 제공하도록 구성된 회로부를 포함한다. 디스플레이 업데이트 주기들은 용량성 센싱 및/또는 힘 센싱 주기들과 비-오버랩하고 있을 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 디스플레이 드라이버 회로부 (240) 및 용량성 센싱 회로부 (220) 의 적어도 부분 (예를 들어, 송신기 모듈 및/또는 수신기 모듈) 을 포함하는 제 1 통합된 제어기 회로를 포함한다. 다른 실시형태에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 디스플레이 드라이버 회로부 (240) 를 포함하는 제 1 통합된 제어기 회로 및 용량성 센싱 회로부 (220) 를 포함하는 제 2 통합된 제어기 회로를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 프로세싱 시스템은 디스플레이 드라이버 모듈 (320) 및 용량성 센싱 회로부 (220) 의 제 1 부분 (예를 들어, 송신기 모듈 및 수신기 모듈 중 하나) 을 포함하는 제 1 통합된 제어기 회로 및 용량성 센싱 회로부 (220) 의 제 2 부분 (예를 들어, 송신기 및 수신기 모듈들 중 다른 하나) 을 포함하는 제 2 통합된 제어기 회로를 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 힘 센싱 회로부 (230) 는 프로세싱 시스템 (110) 의 하나 또는 다중 통합된 제어기 회로들에 용량성 센싱 회로부 (220) 와 함께 포함될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 부분 또는 전체 힘 센싱 회로부 (230) 는 용량성 센싱 회로부 (220) 와는 별개의 통합된 제어기 회로에 포함될 수도 있다. 다중 통합된 제어기 (IC) 회로들을 포함하는 그 실시형태들에서, 동기화 메커니즘이 IC들 (예를 들어, 접속 와이어 상의 전기 신호 및 공유된 클록킹 신호) 사이에 커플링되어, 디스플레이 업데이팅 주기들, 용량성 및/또는 힘 센싱 주기들, 송신기 신호들, 디스플레이 업데이트 신호들 등을 동기화하도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 용량성 센싱은 디스플레이 업데이팅 주기들과 적어도 부분적으로 오버랩하고 있는 주기들 동안에 일어날 수도 있다. 예를 들어, 공통 전극이 디스플레이 업데이팅을 위해 드라이빙됨에 따라, 공통 전극은 또한 용량성 센싱을 위해 드라이빙될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 용량성 센싱 및 디스플레이 업데이팅은 비-디스플레이 업데이트 주기들로도 또한 지칭된, 비-오버랩하는 주기들 동안에 일어날 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 비-디스플레이 업데이트 주기들은 디스플레이 프레임의 2 개의 디스플레이 라인들에 대한 디스플레이 라인 업데이트 주기들 사이에 일어날 수도 있고 적어도 시간에 있어서 디스플레이 업데이트 주기만큼 길 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 비-디스플레이 업데이트 주기는 "긴 수평 블랭킹 주기", "긴 h-블랭킹 주기" 또는 분포된 블랭킹 주기" 로 지칭될 수도 있고, 여기서 블랭킹 주기는 2 개의 디스플레이 업데이팅 주기들 사이에 일어난다. 더욱이, 비-디스플레이 업데이트 주기는 또한, 적어도 디스플레이 업데이트 주기만큼 길 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 비-디스플레이 업데이트 주기는 프레임의 디스플레이 라인 업데이트 주기들 사이에 일어나고 송신기 신호의 다중 트랜지션들이 센서 전극들 (120) 로 드라이빙되게 할 만큼 충분히 길다. 다른 실시형태들에서, 비-디스플레이 업데이트 주기는 수평 블랭킹 주기들 및 수직 블랭킹 주기들을 포함할 수도 있다. 프로세싱 시스템 (110) 은 상이한 비-디스플레이 업데이트 시간들 중 임의의 하나 이상 또는 그 임의의 조합 동안 용량성 센싱을 위해 센서 전극들 (120) 을 드라이빙하도록 구성될 수도 있다. 동기화 신호들은 반복적으로 일관성 있는 주파수들 및 위상들과의 오버랩하는 디스플레이 업데이팅 및 용량성 센싱 주기들의 정확한 제어를 제공하기 위해 용량성 센싱 회로부 (220) 와 디스플레이 회로부 (240) 사이에 공유될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 이들 동기화 신호들은 입력 센싱 주기의 시작과 끝에서의 상대적으로 안정된 전압들이 상대적으로 안정된 전압들을 가진 디스플레이 업데이트 주기들과 (예를 들어, 거의 입력 적분기 리셋 시간의 끝에 및 거의 디스플레이 충전 공유 시간의 끝에) 일치하는 것을 허용하도록 구성될 수도 있다. 모듈레이팅된 또는 송신기 신호의 모듈레이션 주파수는 디스플레이 라인 업데이트 레이트의 하모닉 (harmonic) 에 있을 수도 있고, 여기서 위상은 디스플레이 엘리먼트들로부터 수신기 전극으로의 거의 일정한 전하 커플링을 제공하도록 결정되어, 이 커플링이 베이스라인 이미지의 부분인 것을 허용한다.
용량성 센싱 회로부 (220) 는 센서 전극들 (120) 로 결과의 신호들을 수신하도록 구성된 회로부를 포함한다. 센서 모듈 (310) 은 센싱 영역 (170) 에서 입력 오브젝트의 포지션을 결정할 수도 있거나 또는 결과의 신호를 나타내는 정보를 포함하는 신호를 다른 모듈 또는 프로세서, 예를 들어, 센싱 영역 (170) 에서 입력 오브젝트의 포지션을 결정하기 위한, 결정 모듈 또는 연관된 전자 디바이스 (150) 의 프로세서 (즉, 호스트 프로세서) 에 제공할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 힘 센싱은 디스플레이 업데이팅 주기들 및/또는 용량성 센싱 주기들과 적어도 부분적으로 오버랩하고 있는 주기들 동안에 일어날 수도 있다. 예를 들어, 힘 센싱은, 힘 측정들이 디스플레이 전극들 상의 디스플레이 업데이트 신호들의 용량성 커플링에 의해 덜 영향을 받도록, 변형 게이지들이 디스플레이 디바이스의 디스플레이 영역으로부터 멀리 배치될 때 디스플레이 업데이팅 주기들 동안 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 힘 센싱은 용량성 센싱과 오버랩하여 수행된다. 다른 실시형태들에서, 힘 센싱은 비-디스플레이 업데이팅 주기들 동안에, 그러나 용량성 센싱 주기들과는 별개의 주기들 동안에 수행된다.
도 3 의 센서 전극 어레인지먼트 (300) 는 여러 실시형태들에 따른, 센싱 영역 (170) 에서 센싱하도록 구성된 센서 전극들의 패턴의 부분을 예시한다. 예시 및 설명의 명료성을 위해, 도 3 은 단순 직사각형들의 패턴으로 센서 전극들 (120) 을 도시하고 다른 연관된 컴포넌트들을 도시하지 않는다. 예시적인 패턴은 X 개의 컬럼들 및 Y 개의 로우들로 배열된 센서 전극들의 어레이 (120X,Y) 를 포함하고, 여기서 X 및 Y 는 양의 정수들이지만, X 및 Y 중 하나는 0 일 수도 있다. 센서 전극들 (120) 의 패턴은 다른 구성들, 이를 테면 극성 어레이 (polar array) 들, 반복 패턴들, 비-반복 패턴들, 단일 로우 또는 컬럼, 또는 다른 적합한 어레인지먼트를 가질 수도 있다는 것이 고려된다. 게다가, 다양한 실시형태들에서, 센서 전극들 (120) 의 수는 로우 마다 및/또는 컬럼 마다 가변할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 센서 전극들 (120) 의 적어도 하나의 로우 및/또는 컬럼은 다른 것들로부터 오프셋되어, 그것은 다른 것들보다 적어도 하나의 방향으로 더 멀리 연장된다. 센서 전극들 (120) 은 프로세싱 시스템 (110) 에 커플링되고 센싱 영역 (170) 에서의 입력 오브젝트의 존재 (또는 그 결여) 를 결정하는데 활용된다.
제 1 동작 모드에서, 센서 전극들 (120) 의 어레인지먼트 (1201,1, 1202,1, 1203,1, ..., 120X,Y) 는 절대 센싱 기법들을 통해 입력 오브젝트의 존재를 검출하는데 활용될 수도 있다. 즉, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 오브젝트의 포지션을 결정하기 위해 모듈레이팅된 센서 전극들 (120) 과 입력 오브젝트 사이의 용량성 커플링의 변화들의 측정치들을 획득하기 위해 센서 전극들 (120) 을 모듈레이팅하도록 구성된다. 프로세싱 시스템 (110) 은 모듈레이팅되는 센서 전극들 (120) 로 수신된 결과의 신호들의 측정치에 기초하여 절대 커패시턴스의 변화들을 결정하도록 추가로 구성된다.
일부 실시형태들에서, 센서 전극 어레인지먼트 (300) 는 센서 전극들 (120) 중 적어도 2 개 사이에 배치되는 하나 이상의 그리드 전극들 (미도시) 을 포함한다. 그리드 전극(들)은 복수의 센서 전극들 (120) 을 일 그룹으로서 적어도 부분적으로 한정할 수도 있고, 또한, 또는 대안으로, 센서 전극들 (120) 중 하나 이상을 완전히 또는 부분적으로 한정할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 그리도 전극은 복수의 애퍼처 (aperture) 들을 갖는 평면 바디이고, 여기서 각각의 애퍼처는 센서 전극들 (120) 의 개별의 하나를 한정한다. 다른 실시형태들에서, 그리드 전극(들)은 개별적으로 또는 그룹들 또는 2 개 이상의 세그먼트들로 드라이빙될 수도 있는 복수의 세그먼트들을 포함한다. 그리드 전극(들)은 센서 전극들 (120) 과 유사하게 제작될 수도 있다. 그리드 전극(들)은, 센서 전극들 (120) 과 함께, 전도성 라우팅 트레이스들을 활용하는 프로세싱 시스템 (110) 에 커플링되고 입력 오브젝트 검출을 위해 사용될 수도 있다.
센서 전극들 (120) 은 통상적으로 서로 오믹 격리되고 또한 그리드 전극(들)으로부터 오믹 격리된다. 즉, 하나 이상의 절연체들은 센서 전극들 (120) 및 그리드 전극(들)을 분리하고 그들이 서로 전기적으로 쇼트하는 것을 방지한다. 일부 실시형태들에서, 센서 전극들 (120) 및 그리드 전극(들)은 전기 절연 재료로 채워질 수도 있거나, 또는 에어 갭일 수도 있는 절연 갭에 의해 분리된다. 일부 실시형태들에서, 센서 전극들 (120) 및 그리드 전극(들)은 절연 재료의 하나 이상의 층들에 의해 수직으로 분리된다. 일부 다른 실시형태들에서, 센서 전극들 (120) 및 그리드 전극(들)은 하나 이상의 기판들에 의해 분리된다; 예를 들어, 그들은 동일한 기판의 대향 측면들 상에, 또는 상이한 기판들 상에 배치될 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 그리드 전극(들)은 상이한 기판들 상에, 또는 동일한 기판 상에 다중 층들로 이루어질 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 제 1 그리드 전극은 제 1 기판 (또는 기판의 제 1 측면) 상에 형성될 수도 있고 제 2 그리드 전극은 제 2 기판 (또는 기판의 제 2 측면) 상에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 그리드 전극은 디스플레이 디바이스 (160) (도 1) 의 박막 트랜지스터 (TFT) 층 상에 배치된 하나 이상의 공통 전극들을 포함하고 제 2 그리드 전극은 디스플레이 디바이스 (160) 의 컬러 필터 글래스 상에 배치된다. 제 1 및 제 2 그리드 전극들의 치수들은 적어도 하나의 차원에 있어서 동일 또는 상이할 수 있다.
제 2 동작 모드에서, 센서 전극들 (120) (1201,1, 1202,1, 1203,1, ..., 120X,Y) 은 송신기 신호가 그리드 전극(들)으로 드라이빙될 때 트랜스커패시티브 센싱 기법들을 통해 입력 오브젝트의 존재를 검출하는데 활용될 수도 있다. 즉, 프로세싱 시스템 (110) 은 송신기 신호로 그리드 전극(들)을 드라이빙하고 각각의 센서 전극 (120) 으로 결과의 신호들을 수신하도록 구성되고, 여기서 결과의 신호는 입력 오브젝트의 포지션을 결정하기 위해 프로세싱 시스템 (110) 또는 다른 프로세서에 의해 활용되는 송신기 신호에 대응하는 효과들을 포함한다.
제 3 동작 모드에서, 센서 전극들 (120) 은 트랜스커패시티브 센싱 기법들을 통해 입력 오브젝트의 존재를 검출하는데 활용된 송신기 및 수신기 전극들의 그룹들로 스플릿될 수도 있다. 즉, 프로세싱 시스템 (110) 은 송신기 신호로 센서 전극들 (120) 의 제 1 그룹을 드라이빙하고 센서 전극들 (120) 의 제 2 그룹으로 결과의 신호들을 수신할 수도 있고, 여기서 결과의 신호는 송신기 신호에 대응하는 효과들을 포함한다. 결과의 신호는 입력 오브젝트의 포지션을 결정하기 위해 프로세싱 시스템 (110) 또는 다른 프로세서에 의해 활용된다.
입력 디바이스 (100) 는 상기 설명된 모드들 중 임의의 하나의 모드에서 동작하도록 구성될 수도 있다. 입력 디바이스 (100) 는 또한, 상기 설명된 모드들 중 임의의 2 개 이상의 모드들 사이에 스위칭하도록 구성될 수도 있다.
용량성 커플링들의 로컬화된 용량성 센싱의 에어리어들은 "용량성 픽셀들", "터치 픽셀들", "틱셀들" 등으로 불릴 수도 있다. 용량성 픽셀들은 제 1 동작 모드에서 개개의 센서 전극 (120) 과 레퍼런스 전압 사이에, 제 2 동작 모드에서 센서 전극들 (120) 과 그리드 전극(들) 사이에, 그리고 송신기 및 수신기 전극들로서 사용되는 센서 전극들 (120) 의 그룹들 (예를 들어, 도 2 의 센서 전극 어레인지먼트 (200)) 사이에 형성될 수도 있다. 용량성 커플링은 센서 전극들 (120) 과 연관된 센싱 영역 (170) 에서의 입력 오브젝트들의 근접도 및 모션에 따라 변화하고, 따라서 입력 디바이스 (100) 의 센싱 영역에서의 입력 오브젝트의 존재의 표시자로서 사용될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 센서 전극들 (120) 은 이들 용량성 커플링들을 결정하기 위해 "스캐닝된" 다. 즉, 하나의 실시형태에서, 센서 전극들 (120) 중 하나 이상은 송신기 신호들을 송신하도록 드라이빙된다. 송신기들은 하나의 송신기 전극이 한번에 송신하도록, 또는 다중 송신기 전극들이 동시에 송신하도록 동작될 수도 있다. 다중 송신기 전극들이 동시에 송신하는 경우, 다중 송신기 전극들은 동일한 송신기 신호를 송신하고 이로써 효과적으로 더 큰 송신기 전극을 생성할 수도 있다. 대안적으로, 다중 송신기 전극들은 상이한 송신기 신호들을 송신할 수도 있다. 예를 들어, 다중 송신기 전극들은 수신기 전극들의 결과의 신호들에 대한 그들의 결합된 효과들이 독립적으로 결정되는 것을 가능하게 하는 하나 이상의 코딩 스킴들에 따라 상이한 송신기 신호들을 송신할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 다중 송신기 전극들은 수신기 전극들이 효과들을 수신하고 스캐닝 스킴에 따라 측정되는 동안에 동일한 송신기 신호를 동시에 송신할 수도 있다. 게다가, 코딩된 신호들은 용량성 센싱 및/또는 변형 게이지 센싱을 위해 다중 송신기들과 적어도 하나의 수신기 사이에 독립적인 측정치들을 동시에 송신 및 수신하는데 사용될 수도 있다.
수신기 센서 전극들로서 구성된 센서 전극들 (120) 은 결과의 신호들을 획득하기 위해 개별적으로 또는 복합적으로 동작될 수도 있다. 결과의 신호들은 용량성 픽셀들에서의 용량성 커플링들의 측정치들을 결정하는데 사용될 수도 있다. 프로세싱 시스템 (110) 은 행해져야 하는 동시 측정들의 수 뿐만 아니라 지원하는 전기 구조들의 사이즈를 감소시키기 위해 스캐닝 방식 및/또는 멀티플렉싱된 방식으로 센서 전극들 (120) 로 수신하도록 구성될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 하나 이상의 센서 전극들은 멀티플렉서 등과 같은 스위칭 엘리먼트를 통해 프로세싱 시스템 (110) 의 수신기에 커플링된다. 이러한 실시형태에서, 스위칭 엘리먼트는 프로세싱 시스템 (110) 내부에 있거나 또는 프로세싱 시스템 (110) 외부에 있을 수도 있다. 하나 이상의 실시형태들에서, 스위칭 엘리먼트들은 센서 전극 (120) 을 송신기 또는 다른 신호 및/또는 전압 전위와 커플링하도록 추가로 구성될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 스위칭 엘리먼트는 1 초과의 수신기 전극을 공통 수신기에 동시에 커플링하도록 구성될 수도 있다.
대안의 실시형태에서, 결과의 신호들은 기여 (contribution) 들을 상이한 송신기 신호들과 및/또는 간섭 신호들과 구별하기 위해 상이한 위상들 (예를 들어, 사인 및 코사인 위상들) 및/또는 극성들 (예를 들어, 양극 및 음극) 에서 디모듈레이팅될 수도 있다. 센서 전극들로부터 수신된 결과의 신호들은 함께 합산될 수도 있으며, 이는 결과의 신호들의 데이터의 프로세싱 전 또는 후에 행해질 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 이들 용량성 커플링들을 결정하기 위해 센서 전극들 (120) 을 "스캐닝하는 것" 은 센서 전극들 중 하나 이상을 모듈레이팅하는 것 및 하나 이상의 센서 전극들의 절대 커패시턴스를 측정하는 것을 포함한다. 다른 실시형태에서, 센서 전극들은 1 초과의 센서 전극이 한번에 드라이빙 및 수신되도록 동작될 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 절대 용량성 측정치가 하나 이상의 센서 전극들 (120) 의 각각으로부터 동시에 획득될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 센서 전극들 (120) 의 각각은 센서 전극들 (120) 의 각각으로부터 동시에 절대 용량성 측정치를 획득하는 것과 동시에 드라이빙 및 수신된다. 다양한 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 전극들 (120) 의 부분을 선택적으로 모듈레이팅하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 센서 전극들은 호스트 프로세서 상에서 실행되는 애플리케이션, 입력 디바이스의 스테이터스, 및 센싱 디바이스의 동작 모드에 기초하여 (그러나 이들에 제한되지 않음) 선택될 수도 있다. 예시적인 간섭 측정 모드에서, 센서 전극들 (120) 의 전부 또는 부분으로 결과의 신호들을 수신하는 동안, 센서 전극들 (120) 에 대해 모듈레이션이 수행되지 않는다 (즉, 센서 전극들 (120) 은 상당히 일정한 전압에 유지된다). 결과의 신호들은 간섭을 측정하는데 사용될 수도 있다. 게다가, 센싱 주파수 (예를 들어, 캐리어 신호 주파수) 는 측정된 간섭에 기초하여 조정될 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 전극들 (120) 의 적어도 부분을 선택적으로 실딩하고 다른 센서 전극들 (120) 로 선택적으로 수신 및/또는 송신하면서 그리드 전극(들) (122) 으로 선택적으로 실딩 또는 송신하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 스위칭 메커니즘은 프로세싱 시스템 (110) 의 수신기들에 접속되지 않는 센서 전극들 (120) 을 사용하여 보호하도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 절대 커패시턴스를 수행하기 위한 센서 전극 (120) 의 모듈레이션은 그라운드와 같은 시스템 전력 공급 전압에 대한, 디스플레이 디바이스 및/또는 센싱 디바이스에 대한 전력 공급의 모듈레이션에 의해 제공될 수도 있다. 디스플레이 디바이스의 전력 공급을 모듈레이팅함으로써, 디스플레이 디바이스에서의 드라이빙된 전압들 전부가 모듈레이팅되어, 디스플레이 디바이스의 엘리먼트들이 용량성 센싱의 주기들 동안 보호되게 한다. 이러한 실시형태에서, 사용되는 모듈레이션은 용량성 센싱을 위해 센서 전극 (120) 상에 드라이빙된 모듈레이션과 유사할 수 있다.
용량성 픽셀들로부터의 측정치들의 세트는 픽셀들에서의 용량성 커플링들을 나타내는 "용량성 이미지" (또한 "용량성 프레임") 를 형성한다. 다중 용량성 이미지들은 다중 시간 주기들에 걸쳐 획득될 수도 있고, 그들 사이의 차이들이 센싱 영역에서의 입력에 관한 정보를 도출하는데 사용된다. 예를 들어, 연속적인 시간 주기들에 걸쳐 획득된 연속적인 용량성 이미지들은 센싱 영역에 들어가고, 빠져나가고, 그리고 그 내에 있는 하나 이상의 입력 오브젝트들의 모션(들)을 추적하는데 사용될 수 있다.
상기 실시형태들 중 임의의 것에서, 다중 센서 전극들 (120) 은 센서 전극들 (120) 이 동시에 모듈레이팅되거나 또는 동시에 수신되도록 함께 집단화될 수도 있다. 상기 설명된 방법들과 비교하여, 다중 센서 전극들을 함께 집단화하는 것은 정확한 포지션 정보를 파악하는데 사용가능하지 않을 수도 있는 코어스 (coarse) 용량성 이미지를 생성할 수도 있다. 그러나, 코어스 용량성 이미지는 입력 오브젝트의 존재를 센싱하는데 사용될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 코어스 용량성 이미지는 프로세싱 시스템 (110) 또는 입력 디바이스 (100) 를 "도즈 (doze)" 모드 또는 저전력 모드 밖으로 이동시키는데 사용될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 코어스 용량성 이미지는 용량성 센싱 IC 를 "도즈" 모드 또는 저전력 모드 밖으로 이동시키는데 사용될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 코어스 용량성 이미지는 호스트 IC 를 "도즈" 모드 또는 저전력 모드 밖으로 이동시키는데 사용될 수도 있다. 코어스 용량성 이미지는 전체 센서 에어리어에 또는 단지 센서 에어리어의 부분에만 대응할 수도 있다. 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 오브젝트가 센싱 영역 (170) 에서 떠났다고 결정할 때 및/또는 미리결정된 시간 주기 후에 저전력 모드에 재진입할 수도 있다.
입력 디바이스 (100) 의 백그라운드 커패시턴스는 센싱 영역 (170) 에서의 비입력 오브젝트와 연관된 용량성 이미지이다. 백그라운드 커패시턴스는 환경 및 동작 컨디션들에 따라 변화하고, 다양한 방식들로 추정될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들은 비입력 오브젝트가 센싱 영역 (170) 에 있는 것으로 결정될 때 "베이스라인 이미지들" 을 취하고, 그 베이스라인 이미지들을 그들의 백그라운드 커패시턴스들의 추정치들로서 사용한다. 백그라운드 커패시턴스 또는 베이스라인 커패시턴스는 센서 전극과 입력 디바이스 내의 다른 센서 전극 또는 적어도 하나의 다른 전극 (예를 들어, 변형-센싱 전극들, 디스플레이 전극들) 사이의 스트레이 (stray) 용량성 커플링으로 인해 존재할 수도 있는데, 여기서 하나의 센서 전극은 모듈레이팅된 신호로 드라이빙되고 다른 것은 시스템 그라운드에 대해 변하지 않는 것으로 유지되고, 또는 수신기 전극과 인근의 모듈레이팅된 전극들 사이의 스트레이 용량성 커플링으로 인해 존재할 수도 있다. 많은 실시형태들에서, 백그라운드 또는 베이스라인 커패시턴스는 사용자 입력 제스처의 시간 주기에 걸쳐 상대적으로 변하지 않을 수도 있다.
용량성 이미지들은 보다 효율적인 프로세싱을 위해 입력 디바이스 (100) 의 백그라운드 커패시턴스에 대해 조정될 수 있다. 일부 실시형태들은 "베이스라인 용량성 이미지" 를 생성하기 위해 용량성 픽셀들에서의 용량성 커플링들의 측정치들을 "베이스라이닝하는 것" 에 의해 이것을 달성한다. 즉, 일부 실시형태들은 커패시턴스 이미지를 형성하는 측정치들과 그 픽셀들과 연관된 "베이스라인 이미지" 의 적절한 "베이스라인 값들" 을 비교하고, 그 베이스라인 이미지로부터 변화들을 결정한다.
일부 터치 스크린 실시형태들에서, 센서 전극들 (120) 중 하나 이상은 디스플레이 스크린의 디스플레이를 업데이트하는데 있어서 사용되는 하나 이상의 디스플레이 전극들을 포함한다. 디스플레이 전극들은 세그먼트화된 Vcom 전극 (공통 전극(들)) 의 하나 이상의 세그먼트들, 소스 드라이브 라인, 게이트 라인, 애노드 서브-픽셀 전극 또는 캐소드 픽셀 전극, 또는 임의의 다른 적합한 디스플레이 엘리먼트와 같은 액티브 매트릭스 디스플레이의 하나 이상의 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 이들 디스플레이 전극들은 적절한 디스플레이 스크린 기판 상에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 공통 전극들은 일부 디스플레이 스크린들 (예를 들어, IPS (In-Plane Switching), FFS (Fringe Field Switching) 또는 PLS (Plane to Line Switching) 유기 발광 다이오드 (OLED)) 에서의 투명 기판 (글래스 기판, TFT 글래스, 또는 임의의 다른 투명 재료) 상에, 일부 디스플레이 스크린들 (예를 들어, PVA (Patterned Vertical Alignment) 또는 MVA (Multi-domain Vertical Alignment)) 의 컬러 필터 글래스의 하부 상에, 발광 층 (OLED) 위에 등등에 배치될 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 디스플레이 전극은 또한, 그것이 다중 기능들을 수행하기 때문에 "조합 전극 (combination electrode)" 으로 지칭될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 센서 전극들 (120) 의 각각은 하나 이상의 공통 전극들을 포함한다. 다른 실시형태들에서, 적어도 2 개의 센서 전극들 (120) 은 적어도 하나의 공통 전극을 공유할 수도 있다. 다음의 설명은 센서 전극들 (120) 및/또는 그리드 전극(들)이 하나 이상의 공통 전극들을 포함한다는 것을 설명할 수도 있지만, 상기 설명한 바와 같은 다양한 다른 디스플레이 전극들이 또한 공통 전극과 함께 또는 공통 전극들에 대한 대안으로서 사용될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 센서 전극들 (120) 및 그리드 전극(들)은 전체 공통 전극 층 (Vcom 전극) 을 포함한다.
다양한 터치 스크린 실시형태들에서, "용량성 프레임 레이트" (연속적인 용량성 이미지들이 획득되는 레이트) 는 "디스플레이 프레임 레이트" (동일한 이미지를 재디스플레이하기 위해 스크린을 리프레시하는 것을 포함하여, 디스플레이 이미지가 업데이트되는 레이트) 의 것과 동일하거나 또는 상이할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 용량성 프레임 레이트는 디스플레이 프레임 레이트의 정수 배수 (integer multiple) 이다. 다른 실시형태들에서, 용량성 프레임 레이트는 디스플레이 프레임 레이트의 분수 배수 (fractional multiple) 이다. 또 다른 실시형태들에서, 용량성 프레임 레이트는 디스플레이 프레임 레이트의 임의의 분수 또는 정수 배수일 수도 있다. 하나 이상의 실시형태들에서, 디스플레이 프레임 레이트는 (예를 들어, 전력을 감소시키기 위해 또는 3D 디스플레이 정보와 같은 추가적인 이미지 데이터를 제공하기 위해) 변화할 수도 있는 한편 터치 프레임 레이트는 일정하게 유지된다. 다른 실시형태에서, 디스플레이 프레임 레이트는 터치 프레임 레이트가 증가 또는 감소되는 동안에 일정하게 유지될 수도 있다.
계속 도 3 을 참조하면, 프로세싱 시스템 (110) 의 용량성 센싱 회로부 (220) 는 입력 센싱이 요망되는 주기들 동안에 용량성 센싱을 위해 센서 전극들 (120) 중 적어도 하나를 드라이빙하도록 구성된 회로부를 포함한다. 하나의 실시형태에서, 용량성 센싱 회로부 (220) 는 적어도 하나의 센서 전극과 입력 오브젝트 사이의 절대 커패시턴스의 변화들을 검출하기 위해 적어도 하나의 센서 전극 (120) 으로 모듈레이팅된 신호를 드라이빙하도록 구성된다. 다른 실시형태에서, 용량성 센싱 회로부 (220) 는 적어도 하나의 센서 전극과 다른 센서 전극 (120) 사이의 트랜스커패시턴스의 변화들을 검출하기 위해 적어도 하나의 센서 전극 (120) 으로 송신기 신호를 드라이빙하도록 구성된다. 모듈레이팅된 및 송신기 신호들은 일반적으로 입력 센싱을 위해 할당된 시간 주기에 걸쳐 복수의 전압 트랜지션들을 포함하는 가변하는 전압 신호들이다. 다양한 실시형태들에서, 센서 전극들 (120) 및/또는 그리드 전극(들)은 상이한 동작 모드들에서 상이하게 드라이빙될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 센서 전극들 (120) 및/또는 그리드 전극(들)은 위상, 진폭, 및/또는 형상 중 임의의 하나에 있어서 상이할 수도 있는 신호들 (모듈레이팅된 신호들, 송신기 신호들 및/또는 실드 신호들) 로 드라이빙될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 모듈레이팅된 신호 및 송신기 신호는 적어도 하나의 형상, 주파수, 진폭, 및/또는 위상에 있어서 유사하다. 다른 실시형태들에서, 모듈레이팅된 신호 및 송신기 신호들은 주파수, 형상, 위상, 진폭, 및 위상에 있어서 상이하다. 용량성 센싱 회로부 (220) 는 센서 전극들 (120) 및/또는 그리드 전극(들) 중 하나 이상에 선택적으로 커플링될 수도 있다. 예를 들어, 용량성 센싱 회로부 (220) 는 센서 전극들 (120) 의 선택된 부분들에 커플링되고 절대 또는 트랜스커패시티브 센싱 모드 중 어느 하나에서 동작할 수도 있다. 다른 예에서, 용량성 센싱 회로부 (220) 는 센서 전극들 (120) 의 상이한 부분이고 절대 또는 트랜스커패시티브 센싱 모드 중 어느 하나에서 동작할 수도 있다. 또 다른 예에서, 용량성 센싱 회로부 (220) 는 모든 센서 전극들 (120) 에 커플링되고 절대 또는 트랜스커패시티브 센싱 모드 중 어느 하나에서 동작할 수도 있다.
용량성 센싱 회로부 (220) 는 인근의 컨덕터들의 전기적 효과들로부터 센서 전극들 (120) 을 실딩할 수도 있는 실드 전극으로서 그리드 전극(들)을 동작시키도록 구성된다. 하나의 실시형태에서, 프로세싱 시스템은 인근의 컨덕터들의 전기적 효과들로부터 센서 전극들 (120) 을 "실딩" 할 수도 있는 실드 전극으로서 그리드 전극(들)을 동작시키고, 그리고 그리드 전극(들)으로부터 센서 전극들 (120) 을 보호하도록 구성되어, 그리드 전극(들)과 센서 전극들 (120) 사이의 기생 커패시턴스를 적어도 부분적으로 감소시킨다. 하나의 실시형태에서, 실딩 신호는 그리드 전극(들)으로 드라이빙된다. 실딩 신호는 시스템 그라운드 또는 다른 그라운드와 같은 그라운드 신호, 또는 임의의 다른 정전압 (즉, 비-모듈레이팅된) 신호일 수도 있다. 다른 실시형태에서, 실드 전극으로서 그리드 전극(들)을 동작시키는 것은 그리드 전극을 전기적으로 플로팅하는 것을 포함할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 그리드 전극(들)은 다른 센서 전극들에 대한 그 큰 커플링으로 인해 전극이 플로팅되는 동안 효과적인 실드 전극으로서 동작시키는 것이 가능하다. 다른 실시형태에서, 실딩 신호는 "보호 신호" 로 지칭될 수도 있고 여기서 보호 신호는 센서 전극들 상에 드라이빙된 모듈레이팅된 신호와 유사한 위상, 주파수, 및 진폭 중 적어도 하나를 갖는 가변하는 전압 신호이다. 하나 이상의 실시형태에서, 라우팅 트레이스들은 그리드 전극(들) 및/또는 센서 전극들 (120) 아래로 라우팅하는 것으로 인해 입력 오브젝트에 응답하는 것으로부터 실딩될 수도 있고, 따라서 센서 전극들 (120) 로서 도시된, 액티브 센서 전극들의 부분이 아닐 수도 있다.
디스플레이 스택 내의 힘 센싱
도 4 는 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 디스플레이 디바이스의 디스플레이 스택을 형성하는 복수의 층들의 예시적인 센서 전극 어레인지먼트를 예시한다. 보다 구체적으로, 도 4 는, 디스플레이 디바이스 (160) 의 디스플레이 스택 (402) 내에 포함된 복수의 층들 (410)(즉, 410-1, 410-2, ..., 410-N) 을 포함하는, 센서 전극 어레인지먼트 (400) 의 단면도를 제공한다. 디스플레이 스택 (402) 은 상부 표면 (405) 을 가지며, 그 상부 표면 (405) 에서 또는 그 근처에서, 입력 디바이스들과의 상호작용이 일어난다.
도시한 바와 같이, 디스플레이 스택 (402) 의 복수의 층들 (410) 은 렌즈 층 (410-1), 편광자 층 (410-2), 센서 전극들 층 (410-3), 컬러 필터 층 (410-4), Vcom 전극들에 대응하는 디스플레이 전극들 층 (410-5), 디스플레이 재료 층 (410-6), 디스플레이 전극들 층 (410-7), 박막 트랜지스터 (TFT) 글래스 층 (410-8), 편광자 층 (410-9), 및 백라이트 층 (410-N) 을 포함한다. 일부 OLED 구현들에서, TFT 글래스 층 (410-8) 은 가요성 재료 층으로 대체될 수도 있다. 게다가, 일부 OLED 구현들은 컬러 필터 층 (410-4) 이 요구되지 않도록, 상이한 컬러들을 선택적으로 방출할 수도 있다. 다양한 층들 (410) 의 두께들은 일정한 비례로 그려지지 않는다; 예를 들어, 센서 전극 층 (410-3) 에 포함된 센서 전극들은 상대적으로 얇고 상대적으로 두꺼운 기판, 예를 들어, 컬러 필터 층 (410-4) 의 부분으로서 포함된 글래스 기판 상에 디포짓될 수도 있다. 디스플레이 스택 (402) 의 나타내진 센서 전극 어레인지먼트 (400) 는, 디스플레이 스택 (402) 의 적합한 교대의 어레인지먼트들이 다소간의 층들을 포함할 수 있고, 상이한 순서로 층들을 배열할 수도 있고 등등이므로, 하나의 비제한적인 예로서 의도된다. 센서 전극 층 (410-3) 은 교대의 위치에, 예를 들어, 컬러 필터 층 (410-4) 과 TFT 글래스 층 (410-8) 사이에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 센서 전극 층 (410-3) 은 렌즈 층 (410-1) 의 하부 표면 상에 (즉, 렌즈 층 (410-1) 과 편광자 층 (410-2) 사이에) 배치될 수 있다. 디스플레이 스택 (402) 은 일반적으로 수직으로-정렬된 디스플레이 디바이스 (160) 를 나타내지만, 다른 타입들의 디스플레이 디바이스들이 가능하다. 예를 들어, IPS (in-plane switching) 또는 FFS (fringe-field switching) 디스플레이 디바이스 (160) 는 디스플레이 전극들 층들 (410-5, 410-7) 상방에 배열된 디스플레이 재료 층 (410-6) 을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들은 편광자 층 (410-9) 아래의 강성 층 (stiffening layer) 과 같은, 나타내지지 않은 추가적인 층들을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따르면, 하나 이상의 변형 게이지들은 디스플레이 스택 (402) 내에, 예를 들어, 2 개의 인접한 층들 (410) 사이의 계면에 배치될 수도 있다. 저항성 구현들에 대해, 변형 게이지들은 금속 (예를 들어, 알루미늄, 구리), 투명 컨덕터들 (예를 들어, 인듐 주석 산화물 (ITO)), 반도체들 (예를 들어, 비정질 실리콘 (a-Si), 저온 폴리실리콘 (LTPS), 인듐 갈륨 아연 산화물 (IGZO)) 등으로 이루어질 수 있다. 일부 경우들에서, 변형 게이지들을 형성하는 재료는 압전저항 또는 압전기이다. 변형 게이지들에 대한 선택된 재료는 TFT 글래스 층 (410-8) 과 같은 특정한 층 (410) 상에 디포짓되거나, 또는 편광자 층 (410-2) 과 같이, 필름을 사용하여 특정한 층 (410) 에 부착될 수 있다. 변형 게이지들은 상대적으로 집중된 벤딩 변형을 갖는 에어리어들에서, 이를 테면 사용자가 상부 표면 (405) 근처에 힘을 인가할 때 지지 부재들이 벤딩 변형을 집중하는 디스플레이 스택 (402) 의 측방향 에지들에 배치될 수도 있다.
변형 게이지들에 의해 측정되는 힘 측정 값들은 프로세싱 시스템 (예를 들어, 도 1 의 프로세싱 시스템 (110)) 에서 구현된 사용자 인터페이스 (UI) 에 의해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 힘 측정 값들은 하나 이상의 터치 위치들에서의 힘 및/또는 압력을 추정하기 위해 터치 또는 누름 측정치들과 결합될 수 있다. 이렇게 하여, 사용자의 의도가 더 잘 결정될 수 있고 사용자 인터페이스 설계가 더 강인하고, 직관적이고, 그리고 효과적이 될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 힘 측정 값들은 프로세싱 시스템의 동작을 제어하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 힘 측정 값들은 저전력 "슬립" 모드로부터 터치 센싱 또는 디스플레이를 웨이크 업하거나, 또는 UI 누름-모드를 활성화하는데 사용될 수 있다.
기존의 디스플레이 스택 (402) 내에 변형 게이지들을 포함하는 것에 의해 힘 센싱을 통합하는 것은 힘 측정을 위한 다른 기법들을 사용하여 직면한 소정의 도전과제들을 완화시킨다. 예를 들어, 다른 힘 센싱 구현들은 디스플레이 스택 (402) 에 하나 이상의 층들 및/또는 에어 갭들을 추가하는 것을 요구하여, 상당한 두께를 도입하고 제조 및 어셈블리 프로세스들을 복잡하게 할 수도 있다. 예를 들어, 센서 전극들이 서로 가깝게 이동할 때 변화들을 검출하도록 구성된 힘 센서들은 트랜스커패시턴스 또는 절대 커패시턴스의 변화들을 검출하는데 사용될 수 있다. 또한, 많은 교대의 힘 센싱 설계들은 추가적인 층들/전극들이 포함되기 때문에 비용을 증가시킬 수도 있다.
더욱이, 소정의 다른 힘 센싱 구현들 (예를 들어, 병렬 플레이트 용량성) 은 인가된 힘의 진폭 또는 위치에 의존하여 덜 선형의 응답을 가질 수도 있으며, 이는 결국 더 큰 편향들, 더 큰 힘들, 및/또는 더 큰 감도 (또는 동적 범위) 를 요구한다. 백라이트 층 (410-N) 상방과 렌즈 층 (410-1) 사이의 디스플레이 스택 (402) 에 변형 게이지들을 통합하는 것은 더 단순한 통합을 제공하고 더 높은 성능 힘 센싱을 산출한다.
힘 센싱 능력은 또한, (또한 "인-셀 (in-cell)" 구현, "풀 인-셀 (full in-cell)" 등으로 지칭되는) 컬러 필터 층 (410-4) 과 TFT 글래스 (410-8) 사이에 포함된 용량성 센싱을 위해 구성된 센서 전극들을 갖는 디스플레이 스택 (402) 의 교대의 어레인지먼트에, 및/또는 추가적인 컴포넌트들 및 단지 몇몇 추가적인 커넥션들을 요구함 없이 통합된 디스플레이 솔루션에 통합될 수 있다. 센서 전극들은 교대로 컬러 필터 층 (410-4) 위에 (즉, 컬러 필터 층 (410-4) 과 편광자 층 (410-2) 사이에) 포함될 수도 있다.
도 5 및 도 6 은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 디스플레이 스택의 다중 층들의 예시적인 계면들을 예시한다. 보다 구체적으로, 도 5 는 입력 디바이스 (100) 의 하나의 어레인지먼트 (500) 의 단면도를 예시한다. 어레인지먼트 (500) 는 디스플레이 스택 (402) 의 복수의 층들 (410) 및 층들 (410) 의 측방향 에지들 근처에 디스플레이 스택 (402) 을 지지하도록 구성된 지지 부재들 (505) 을 도시한다. 지지 부재들 (505) 은 디스플레이 디바이스의 디스플레이 영역을 한정하는 단일 지지 링과 같은, 더 큰 지지 구조의 부분일 수도 있다. 추가적으로, 지지 부재들 (505) 은 디스플레이 재료 층 (예를 들어, 디스플레이 스택 (402) 의 액정을 보호함) 또는 캡슐화 링 에어리어 (예를 들어, 환경적 이슈들로부터 OLED 디스플레이 스택 (402) 을 분리시키는 재료) 를 동봉하는 실링 에어리어를 포함할 수도 있다.
렌즈 층 (410-1) 은 지지 부재 (505) 의 제 1 에지 (510) 에 대하여 측방향으로 시팅된다. 디스플레이 스택 (402) 이 지지 부재들 (505) 에 대하여 시팅될 때, 렌즈 층 (410-1) (또는 교대의 맨 위의 층) 및 지지 부재들 (505) 의 부분들은 디스플레이 스택 (402) 의 상부 표면 (450) 을 포함하는 실질적으로 연속적인 표면을 형성할 수 있다. 렌즈 층 (410-1) 은 일반적으로 에지 주위의 이물질로부터 디스플레이 스택 (402) 을 실링하도록 동작한다. 다수의 층들은 렌즈 층 (410-1) 아래에 (즉, 상부 표면 (405) 과는 반대 표면에) 배치되고 지지 부재들 (505) 의 제 2 에지 (515) 에 대하여 시팅될 수도 있다. 일부 경우들에서, 렌즈 층 (410-1) 아래의 층들은 제 2 에지 (515) 에 대하여 시팅하는 렌즈 층 (410-1) 아래의 층들 (도시한 바와 같은, 층들 (410-2, 410-3, 410-4) 등) 이 렌즈 층 (410-1) 과 스태거링된 계면 (530) 을 형성하도록, 렌즈 층보다 더 적은 지역적 범위를 갖는다. 기계적으로, 렌즈 층 (410-1) 은 디스플레이 스택 (402) 내에 우세한 강성도 (stiffness) 를 제공하는 경향이 있다. 따라서, 층들의 스택은 힘이 렌즈 층 (410-1) 에 인가될 때 (상대적 치수들 및 재료 특성들에 의해) 강성도 및 변형 집중을 결정한다.
디스플레이 스택 (402) 이 지지 부재(들) (505) 에 대하여 시팅될 때, 지지 부재들 (505) 과의 스태거링된 계면 (530) 은 공동 (525) 을 형성한다 (해치 표시로 도시됨). 입력 디바이스 (140) 가 상부 표면 (405) 을 터치하는 것에 의해 디스플레이 스택 (402) 을 편향시킬 때, 변형은 층들 (410) 상의 다른 위치들과 비교하여 스태거링된 계면 (530) 에 상대적으로 집중된다. 따라서, 층들 (410) 의 측방향 지지 에지들 근처의 영역 (535a, 535b) 내와 같이, 스태거링된 계면 (530) 에 근접하여 하나 이상의 변형 게이지들 (540) (아웃라인된 에어리어로서 도시됨) 을 배치하는 것은, 변형 집중으로 인한 힘 센싱을 위해 더 큰 레졸루션을 갖는 변형 데이터를 제공할 수 있다. 렌즈 층 (410-1) 의 완전히 지지된 코너들 (예를 들어, 영역 (535b)) 은 제약되고 더 낮은 전단 (shear) 을 가질 수도 있다. 지지 에지들의 중간 근처의 에어리어들 (예를 들어, 영역 (535a)) 은 주어진 힘에 대해 실질적으로 일정한 변형을 가질 수도 있다. 지지된 디스플레이 스택 에어리어 중간의 에어리어들 (예를 들어, 영역 (535c)) 은 균일한 변형을 가질 수도 있다.
소정의 디스플레이 구현들, 이를 테면 OLED 또는 LCD 는 그것이 에지들에 지지되는 동안 힘으로 편향하는 (예를 들어, 라미네이트된 글래스 또는 플라스틱 렌즈 층 (410-1) 을 갖는) 가요성 멤브레인의 부분으로서 형성될 수 있다. 게다가, 일부 디스플레이 구현들은 디스플레이의 측면 에지들에 지지를 제공하는 플렉스 회로 층을 포함할 수도 있다. 플렉스 회로 층은 폴리이미드 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 와 같은 임의의 적합한 가요성 재료로 구성되고, 이방성 전도성 필름 (ACF) 및/또는 구조 접착제에 의해 디스플레이 스택 (420) 과 부착될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 변형 게이지(들) (540) 는 플렉스 회로 층 상에 배치되고 플렉스 회로 층 상의 힘을 검출하지만, 힘 센싱 신호들을 하나 이상의 다른 층들을 통하여 (예를 들어, TFT 글래스 층 (410-8) 을 통하여) 프로세싱 시스템 (110) 에 라우팅한다.
변형 게이지들 (540) 은 디스플레이 스택 (402) 내의 다른 기판들 상에 교대로 장착되고 또한 타이밍 제어기 및/또는 다른 디스플레이 프로세싱 능력들을 포함할 수도 있는 터치 및/또는 힘 센싱 제어기 회로와 접속될 수 있다.
변형 게이지들 (540) 은 힘 및 편향에 대한 변형 응답을 최적화하는 위치들에 배치될 수도 있다. 에지-지지된 멤브레인의 중심은 상대적으로 일정한 곡률을 보이는 반면, 상대적으로 강성에서 상대적으로 가요성으로의 트랜지션을 갖는 지지 위치들은 지지 위치들에서의 변형을 포커싱할 수도 있다. 게다가, 완전히 지지된 코너들은 상대적으로 더 낮은 벤딩 변형을 갖는다. 따라서, 변형을 집중시키기 위한 로컬 에어리어들의 박화 또는 강성화, 및/또는 하나 이상의 층들의 크랙킹을 방지하기 위한 평활한 트랜지션들 (예를 들어, 반경 컷들) 의 영역들의 생성은 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 지지 부재들 (505) 은 디스플레이 스택 (402) 의 코너들에 위치될 수도 있고 디스플레이 스택 (402) 은 증가된 강성도 및 감소된 로컬 벤딩을 위해 (지지 부재들 (505) 과 인터페이스하는) 그 외부 에지에서 더 큰 두께를 가질 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 지지 부재들 (505) 은 인가된 힘이 변형 게이지들에 의해 측정된 변형을 감소시키도록 사용자 입력을 향하여 편향시키기 위해 디스플레이 스택 (402) 을 프리-로드할 수 있다. 통합된 힘 센싱을 가진 디스플레이 스택 (402) 의 이러한 구현은, 디스플레이 스택 (402) 뒤에 리세스된 에어리어로의 디스플레이 스택 (402) 의 편향이 감소 또는 완전히 제거될 수도 있기 때문에, 더 단순한 어셈블리를 가질 수 있다. 지지 부재들 (505) 은, 디스플레이 스택 (402) 이 일단 설치되면 입력 디바이스 (100) 로부터 용이하게 분리되지 않도록, 디스플레이 스택 (402) 을 구속 (restrain) 하도록 추가로 구성될 수도 있다 (즉, 접착제만 사용하는 것보다 더 강한 접속을 제공함). 도 6 은 지지 부재들 (505) 이 디스플레이 스택 (402) 을 구속하는 하나의 예를 예시한다. 어레인지먼트 (600) 에서, 렌즈 층 (410-1) 은 지지 부재들 (505) 상방에 배치되지만 하나 이상의 층들 (여기서, 층들 (410-5, 410-6, ...)) 은 지지 부재들 (505) 의 프로젝션 (605) 아래에 배치된다. 교대의 어레인지먼트에서, 렌즈 층 (410-1) 및/또는 다른 층들 (410-2, 410-3, 410-4) 은 프로젝션 (605) 아래에 배치될 수도 있다. 어레인지먼트 (500) 에서와 같이, 어레인지먼트 (600) 에서 변형 게이지들 (540) 은 더 나은 레졸루션 힘 센싱 데이터를 제공하기 위해 스태거링된 계면 (530) 근처의 영역 (535) 내에 배치될 수도 있다. 상기 논의한 바와 같이, 변형 게이지들 (540) 은 보다 균일한 변형 응답을 위해 디스플레이 스택의 중심 근처에 또는 최소 변형 응답을 가진 완전히 지지된 코너에 배열될 수도 있다.
결정된 사용자 입력 위치 (예를 들어, 입력 오브젝트 포지션) 와 함께 다중 변형 게이지들 (540) 에서의 힘 응답의 위치는 사용자 입력들의 추정된 힘을 캘리브레이팅하는데 사용될 수 있다. 이것은 주어진 설계에 대해 또는 각각의 샘플에 대해 캘리브레이션 프로시저를 수행하는 것을 요구할 수도 있다. 게다가, 비-힘 응답적 게이지들은 온도 및 다른 외부 팩터 보상을 수행하기 위해 사용될 수도 있다.
상기 논의한 바와 같이, 변형 게이지들 (540) 은 TFT 글래스 층 (410-8) 과 같은 디스플레이 스택 (402) 의 임의의 적합한 층에 배치되거나, 또는 편광자 층 (410-2) 과 같이, 필름을 사용하여 특정한 층 (410) 에 부착될 수 있다. 일부 경우들에서, TFT 글래스 층 (410-8) 은 변형 측정 지지 및 캡처 포인트들을 제공하기 위하여 더 크게 만들어질 수도 있다. 변형 게이지들 (540) 은 디스플레이의 뷰잉가능한 에어리어를 부분적으로 또는 완전히 한정하는 블랙 마스크 위에/뒤에 배치될 수도 있고, 지지 부재들 (505) 은 변형 게이지들 (540) 보다 더 먼 측방향 범위에 있을 수 있다. 예를 들어, 태블릿 (입력 디바이스 (100) 의 하나의 예) 은 모바일 폰 (다른 예) 보다 상대적으로 더 큰 지지 에어리어를 가질 수도 있다.
도 7 은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 변형-집중 피처를 포함하는 층을 가진 예시적인 계면을 예시한다. 상기 논의한 바와 같이, 힘 센싱은 디스플레이 스택 (402) 의 측방향 에지들에서 변형을 측정하는 것에 의해 이루어질 수도 있고, 이는 변형 게이지들 (540) 의 배치를 통하여 달성될 수 있다. 어레인지먼트 (700) 에서, 변형 게이지들 (540) 은 블랙 마스크 (705) 아래와 같이, 디스플레이 영역 (710) 의 외측에 배치된다. 렌즈 층 (410-1) 내에 도시되지만, 블랙 마스크 (705) 는 교대로 상이한 층 (예를 들어, 층 (410-2)) 에 배치될 수도 있고, 별도의 층으로서 형성될 수도 있고 등등이다. 디스플레이 영역 (710) 의 외측에 변형 게이지들 (540) 을 배치하는 것은, 디스플레이의 뷰잉가능성에 대한 변형 게이지들 (540) 의 효과가 더 이상 관심사가 아니기 때문에, 변형 게이지들 (540) 의 덜 제한하는 구성 및 접속을 허락할 수도 있다. 예를 들어, 변형 게이지들 (540) 은 우선의 전도성 재료로 및/또는 투명하지 않은 어레인지먼트로 구성될 수도 있는데, 이는 본래 디스플레이 영역 (710) 의 부분들의 뷰잉가능성에 대한 효과들로 인해 디스플레이 영역 (710) 내에서의 사용에 적합하지 않을 수도 있다.
어레인지먼트 (700) 에서, 렌즈 층 (410-1) 은 또한, 디스플레이 스택 (402) 의 다른 인접한 층들과의 렌즈 층 (410-1) 의 계면에 배치된 하나 이상의 피처들 (715) 을 포함한다. 도시한 바와 같이, 피처 (715) 는 일반적으로 렌즈 층 (410-1) 의 하위 표면으로부터 밖으로 프로젝팅하여, 하위 표면에서의 더 큰 에어리어 및 다른 인접한 층들 (410) 과의 계면에서의 감소된 에어리어를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 피처들 (715) 의 에어리어 주위에, 압축가능 또는 전단 변형이 벤딩 변형 대신에 측정될 수도 있다. 피처들 (715) 은 하나 이상의 포인트들, 리지 (ridge), 등과 같이, 층들의 계면에 변형을 집중시키는데 적합한 임의의 형상을 가질 수도 있다. 도시한 바와 같이, 변형 게이지들 (540) 은 인접한 층들 (410) 과의 피처 (715) 의 계면 아래에 배치된다.
도 8 및 도 9 는 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 디스플레이 디바이스의 디스플레이 영역 외측에 배치된 변형 게이지들의 예시적인 어레인지먼트들을 예시한다. 어레인지먼트 (800) 에서, 디스플레이 에어리어 (710) 는 지지 링 (805) 에 의해 한정되는 블랙 마스크 (705) 에 의해 한정된다. 교대의 어레인지먼트에서, 블랙 마스크 (705) 는 지지 링 (805) 내에 통합될 수도 있다. 변형 게이지들 (540) 은 디스플레이 영역 (710) 에 상대적인 하나 이상의 포지션들에, 이를 테면 디스플레이 영역 (710) 의 둘레의 각각의 측면을 따르는 미드-포인트들에 그리고 코너들에 위치된다. 변형 게이지들 (540) 의 다른 구성들이 가능하며, 상이한 상대적 포지션들의 어레인지먼트 및 더 크거나 더 적은 변형 게이지들 (540) 을 포함한다. 하나의 예에서, 별개의 지지 부재들은 디스플레이 스택의 코너들 근처에 위치되고, 변형 게이지들 (540) 은 집중된 변형을 측정하기 위해 코너들 근처에 포지셔닝될 수도 있다. 다른 예에서, 지지 링 (850) 은 균일하고 변형은 디스플레이 스택의 각각의 측면의 미드포인트들 근처에 집중될 수도 있다.
요구되는 편향의 양은 강성 엘리먼트들을 추가하는 것에 의해 감소될 수 있으며, 이는 또한 원하는 위치들에 변형을 집중시킬 수 있다. 일부 경우들에서, 가요성 디스플레이들은 그들의 지지 포인트들 (여기서 상대적으로 강성에서 가요성으로의 트랜지션이 일어난다) 에 변형을 집중시키는 경향이 있기 때문에 얇거나 또는 가요성 디스플레이들 (예를 들어, OLED) 을 사용하기가 더 용이할 수도 있다. 일반적으로, 디스플레이 스택의 대각선 치수에 대한 더 두꺼운 렌즈 층 (410-1) (또는 페이스시트) 은 더 넓은 (그리고 덜 로컬화된) 편향을 초래한다. 일부 실시형태들에서, 4 또는 6 만큼 적은 변형 게이지들 (예를 들어, 디스플레이 스택의 각각의 측면을 따르는 1 또는 2 만큼 적은 변형 게이지들 (540)) 이 적합하게 높은-레졸루션 힘 센싱 데이터를 생성할 수 있다.
프로세싱 시스템과 변형 게이지들 (540) 사이의 라우팅은 또한, 그것이 보이지 않도록 디스플레이 영역 (710) 외측에 그리고 블랙 마스크 하방에 배치될 수도 있다. 일부 경우들에서 힘 센싱을 위한 라우팅은 용량성 센싱을 위한 라우팅과 디스플레이 스택의 동일한 층(들) 상에 있을 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 변형 게이지 (540) 에 대한 패턴 뿐만 아니라 변형 게이지 (540) 에 대한 접촉들은 전도성 재료의 단일 층으로 형성된다. 일반적으로, 변형 게이지들 (540) 을 동작시키는 것은 라우팅을 사용하여 하나 이상의 여기 신호들을 송신하는 것 및 결과의 신호들을 수신하는 것을 포함한다. 일부 구현들에서, 여기 신호들을 반송하는 전극들은 상이한 변형 게이지들 (540) 사이에 공유되어, 요구되는 접촉들의 수 및 라우팅의 양을 감소시킬 수 있다. 일부 구현들에서, 여기 신호들을 반송하는 전극들의 라우팅은 용량성 센싱에 대하여 상기 설명된 것들과 유사한 기법들을 사용하여, 측정을 위해 사용되는 변형 게이지 및 관련 전극들을 실딩하도록 동작할 수 있다.
센서 전극 어레인지먼트 (900) 는 디스플레이 영역 (710) 외측에 배치된 다수의 변형 게이지들 (540) 을 예시한다. 도시한 바와 같이, 각각의 변형 게이지 (540) 는 제 1 변형 게이지 (905A, 906A, 907A, 908A) 및 제 2 변형 게이지 (905B, 906B, 907B, 908B) 를 포함한다. 변형 게이지들 (905A 내지 908A, 905B 내지 908B) 은 임의의 적합한 재료, 이를 테면 금속 (예를 들어, 알루미늄, 구리), 투명 컨덕터들 (예를 들어, 인듐 주석 산화물 (ITO)), 반도체들 (예를 들어, 비정질 실리콘 (a-Si), 저온 폴리실리콘 (LTPS), 인듐 갈륨 아연 산화물 (IGZO)) 등으로 이루어질 수도 있다.
제 1 변형 게이지들 (905A 내지 908A) 및 제 2 변형 게이지들 (905B 내지 908B) 각각은 디스플레이 스택 및/또는 디스플레이 영역 (710) 의 축에 대응할 수도 있는 특정한 축 (또는 차원) 에 따르는 변형에 더 민감한 게이지 패턴을 갖는다. 게다가, 디스플레이-통합된 변형 게이지들은 길이를 감소시키기 위하여 그리고 작은 에어리어들에서 변형 응답을 최적화하기 위하여 폴딩될 (folded) 도 있다. 예를 들어, 제 1 변형 게이지들 (905A, 907A) 은 수직 축을 따르는 힘에 더 민감한 한편, 제 1 변형 게이지들 (906A, 908B) 은 수평 축을 따르는 힘에 더 민감하다. 제 2 변형 게이지들 (905B 내지 908B) 은 일반적으로 제 1 변형 게이지들 (905A 내지 908A) 의 각각에서, 열 팽창, 제작 등의 효과들을 고려하는 것에 의해 보다 정확한 힘 센싱 데이터를 제공하기 위해 포함된다. 제 2 변형 게이지들 (905B 내지 908B) 의 각각은 일반적으로 대응하는 제 1 변형 게이지 (905A 내지 908A) 와 동일한 구성 (예를 들어, 동일한 재료, 게이지 패턴) 을 갖지만, 일반적으로 대응하는 제 1 변형 게이지 (905A 내지 908A) 에 의해 센싱된 힘에 의해 무시해도 될 정도의 영향을 받도록 대응하는 제 1 변형 게이지 (905A 내지 908A) 의 패턴에 가로질러 또는 수직으로 배향된다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 변형 게이지 브릿지가 제 1 변형 게이지들 (905A 내지 908A) 및 제 2 변형 게이지들 (905B 내지 908B) 중 소정의 것들을 사용하여 형성된다. 변형 게이지 브릿지들은 일반적으로 온도 및 제조 효과들을 고려하는 것에 의해 힘 센싱의 증가된 레졸루션을 제공한다. 다른 실시형태에서, 3 개의 변형 게이지들이 유사한 이유들을 위해 그리고 더 큰 각 변형 레졸루션을 위해 상대적인 120-도 위상들에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 그리고 변형 게이지 (540) 의 각각의 그룹화 내에, 제 1 변형 게이지들 (905A, 906A, 907A, 및 908A) 의 각각은 제 2 변형 게이지들 (905B, 906B, 907B, 및 908B) 의 개별의 하나와 커플링된다. 이들 커플링들은 프로세싱 시스템에 힘 센싱 입력을 제공하기 위해 하프-브릿지들, 풀-브릿지들 등을 형성하는데 사용될 수 있다.
제 1 및 제 2 변형 게이지들 (905A 내지 908A, 905B 내지 908B) 의 각각은 힘 센싱 회로부 (230) 로부터 여기 신호들을 수신하기 위해 그리고 결과의 신호들을 힘 센싱 회로부 (230) 에 송신하기 위해 복수의 라우팅 전극들 (910) 과 커플링된다. 라우팅 전극들 (910) 은 디스플레이 영역 (710) 외측에 라우팅될 수도 있지만, 교대의 구현들은 디스플레이 영역 (710) 으로 적어도 부분적으로 연장되거나 또는 디스플레이 영역 (예를 들어, 송신기 전극) 내에 완전히 통합되는 투명 컨덕터들을 포함할 수도 있다. 라우팅 전극들 (910) 의 일부는 다른 라우팅 전극들 (910) 에 관한 결과의 힘 측정치를 획득하는데 사용되는 여기 신호들로 힘 센싱 회로부 (230) 에 의해 드라이빙된다.
일부 실시형태들에서, 하나 이상의 라우팅 전극들은 제 1 및 제 2 변형 게이지들 (905A 내지 908A, 905B 내지 908B) 중 다중 변형 게이지들에 의해 공유된다. 일부 경우들에서, 하나 이상의 공유된 라우팅 전극들은 다중 변형 게이지 브릿지들 사이에 공유된다. 도 9 의 센서 전극 어레인지먼트 (900) 와 도 10 의 센서 전극 어레인지먼트 (1000) 양자를 참조하면, 제 1 변형 게이지들 (905A, 908A) 및 제 2 변형 게이지들 (905B, 908B) 은 제 1 풀-브릿지 (1005A) 로서 배열된다. 제 1 변형 게이지들 (906A, 907A) 및 제 2 변형 게이지들 (906B, 907B) 은 제 2 풀-브릿지 (1005B) 로서 배열된다. 교대의 구현들에서, 제 1 및 제 2 변형 게이지들 (905A 내지 908A, 905B 내지 908B) 은 쿼터-브릿지들, 하프-브릿지들, 풀-브릿지들, 또는 그 조합들로서 배열될 수도 있다. 라우팅 전극들 (910-1, 910-3) 각각은 프로세싱 시스템 (110) 의 내부 네트 (1010) 로부터 제 1 여기 신호 (TX+) 를 반송한다. 라우팅 전극들 (910-2, 910-4) 각각은 프로세싱 시스템 (110) 의 내부 네트 (1015) 로부터 제 2 여기 신호 (TX-) 를 반송한다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 여기 신호들 (TX+, TX-) 은 상호보완적이어서, 변형 게이지 브릿지들을 가로질러 신호 진폭을 2 배로 그리고 향상된 힘 센싱 신호-대-잡음비 (SNR) 를 제공한다. 게다가, 수신기 회로부의 오프셋들은 제어된 전하 캔슬레이션 전자장치들로 캘리브레이팅될 수도 있다.
라우팅 전극 (910-1) 은 제 1 풀-브릿지 (1005A) 의 제 1 변형 게이지 (905A) 와, 그리고 제 2 풀-브릿지 (1005B) 의 제 1 변형 게이지 (906A) 와 커플링한다. 라우팅 전극 (910-2) 은 제 2 변형 게이지들 (906B, 907B) 과 커플링하고, 라우팅 전극 (910-4) 은 제 2 변형 게이지들 (905B, 908B) 과 커플링한다. 라우팅 전극들 (901-3) 은 제 1 변형 게이지들 (908A 및 907A) 과 커플링한다; 커플링의 부분은, 추가의 라우팅이 일부 경우들에서 프로세싱 시스템 (110) 과 커플링된 다른 디스플레이 및/또는 센서 전극들 주위에 라우팅할 필요가 있을 수도 있기 때문에, 대시 라인으로서 도시된다. 라우팅 전극들 (915, 916, 917, 918) 은 제 1 및 제 2 변형 게이지들 (905A 내지 908A, 905B 내지 908B) 중 다양한 것들과 커플링되고 프로세싱 시스템 (110) 에 힘 센싱 신호들 (예를 들어, 브릿지의 상이한 엘리먼트들 사이의 변형 차이들에 비례하는 모듈레이팅된 전압들) 을 반송하도록 구성된다.
센서 전극 어레인지먼트 (1000) 내에, 프로세싱 시스템 (110) 은 신호들을 샘플링하고 다양한 신호 프로세싱을 수행하도록 구성된 복수의 아날로그 프론트 엔드들 (AFE들) (1025-1, 1025-2, 1025-3, ..., 1025-K) 을 포함한다. AFE들 (1025-1, 1025-2, 1025-3, ..., 1025-K) 은 힘 센싱 회로부 (230) 의 용량성 (터치) 센싱 회로부 (220) (도 2, 도 3) 의 부분으로서 포함될 수도 있고, 및/또는 상이한 회로부에 의해 공유될 수도 있다. 도시한 바와 같이, AFE (1025-1) 는 적분기 (1030), 믹서 (1032), 및 아날로그-대-디지털 컨버터 (ADC) (1035) 를 포함하지만, 다른 구현들도 가능하다. 각각의 AFE (1025-1, 1025-2, 1025-3, ..., 1025-K) 는 라우팅 전극 (915, 916, 917, 918) 과 커플링되고 그로부터 힘 센싱 신호들을 수신하도록 구성될 수도 있다.
AFE들 (1025-1, 1025-2, 1025-3, ..., 1025-K) 은 커패시턴스들 (1020-1, 1020-2, 1020-3, ..., 1020-J) 을 통하여 라우팅 전극들 (915, 916, 917, 918) 과 커플링될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 용량성 센싱을 위해 사용되는 AFE 는 그것이 변형 게이지 브릿지 오프셋들을 보상할 수 있도록 변형 게이지들 (905A 내지 908A, 905B 내지 908B) 중 하나 이상과 용량성으로 커플링될 수 있다. 커패시턴스들 (1020-1, 1020-2, 1020-3, ..., 1020-J) 의 사이즈를 스케일링함으로써, 센서의 변형 레졸루션 (예를 들어, 마이크로변형 또는 μ-변형) 은 동적 범위에 상대적으로 제어 (예를 들어, 브릿지 오프셋 ~1% 및 임의의 오프셋 보정에 의해 제한) 될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 용량성 센싱 회로부 (220) 및 힘 센싱 회로부 (230) 는 공유된 회로부 (1040) 를 포함한다. 예를 들어, 힘 센싱을 수행하기 위해 사용되는 AFE들 (1025-1, 1025-2, 1025-3, ..., 1025-K) 은 또한 변형 게이지들이 충분한 동적 범위 (예를 들어, 약 1% 오프셋 편차) 및 게이지 팩터 (예를 들어, 약 2 이상) 를 가지면 용량성 센싱을 위해 사용될 수도 있다. 상기 논의한 바와 같이, 힘 센싱 데이터는 그 후 상기 논의한 바와 같이, 보다 강인하고, 직관적이고, 그리고 효과적인 입력을 위해 하나 이상의 터치 위치들에서의 힘을 추정하기 위해 용량성 센싱 데이터와 결합될 수 있다.
도 11 은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 따른, 변형 게이지 브릿지를 사용하여 신호를 센싱하기 위한 예시적인 어레인지먼트를 예시한다. 보다 구체적으로, 어레인지먼트 (1100) 는 저항들 (1110A, 1110B) 및 변형 게이지들 (1115A, 1115B) 을 포함하는 센싱 하프-브릿지 (1105) 를 예시한다. 어레인지먼트 (1110) 는 하프-브릿지 (1105) 를 (AC-전력 소스 (1125) 로 표현된) 보호 신호의 선택된 하나와 그리고 DC 전력 소스 (1130) 와 선택적으로 커플링하도록 구성된 스위치들 (1120A, 1120B) 을 더 포함한다. 일부 실시형태들에서, 하프-브릿지 (1105) 는 힘 센싱을 수행할 때 DC 전력 소스 (1130) 와 커플링되고, 힘 센싱을 수행하지 않을 때는 보호 신호와 커플링된다. 게다가, 일부 실시형태들에서, 하프-브릿지 (1105) 는 터치 센싱이 수행될 때 보호 신호와 커플링된다. 어레인지먼트 (1135) 는 계측용 증폭기 (1135) 및 아날로그-대-디지털 컨버터 (ADC) (1140) 를 더 포함한다.
따라서, 본 명세서에서 기재된 실시형태들 및 예들은 본 기술 및 그 특정한 애플리케이션에 따라 실시형태들을 최적으로 설명하기 위하여 그리고 이로써 당업자들이 본 개시를 제조 및 이용하게 하기 위하여 제시되었다. 그러나, 당업자들은 전술한 설명 및 예들이 단지 예시 및 예의 목적들을 위해 제시되었다는 것을 인식할 것이다. 기재한 바와 같은 설명은 포괄적인 것으로 또는 본 개시를 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않는다.
전술을 고려하여, 본 개시의 범위는 다음에 오는 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (21)

  1. 입력 오브젝트들에 의해 인가된 힘을 센싱하기 위한 입력 디바이스로서,
    디스플레이 스택으로서 형성된 복수의 층들을 포함하는 디스플레이 디바이스로서, 상기 디스플레이 스택은 상부 표면을 포함하는, 상기 디스플레이 디바이스;
    상기 디스플레이 스택 내에 배치되고 상기 상부 표면에 인가된 힘을 검출하도록 구성된 하나 이상의 변형 게이지들; 및
    상기 디스플레이 디바이스를 사용하여 디스플레이 업데이팅을 수행하고 상기 하나 이상의 변형 게이지들을 사용하여 힘 센싱을 수행하도록 구성된 프로세싱 시스템을 포함하는, 입력 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 변형 게이지들은 상기 디스플레이 스택 내에 배치된 적어도 하나의 변형 게이지 브릿지를 형성하도록 배열되는, 입력 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 변형 게이지 브릿지는 2 개의 변형 게이지 브릿지들을 포함하고, 상기 입력 디바이스는 상기 프로세싱 시스템을 상기 2 개의 변형 게이지 브릿지들과 커플링하는 복수의 라우팅 전극들을 더 포함하고, 상기 복수의 라우팅 전극들 중 적어도 하나의 라우팅 전극은 상기 2 개의 변형 게이지 브릿지들에 의해 공유되는, 입력 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스의 디스플레이 영역에 적어도 부분적으로 오버랩하도록 배열된 복수의 센서 전극들을 더 포함하고, 상기 프로세싱 시스템은 상기 복수의 센서 전극들을 사용하여 입력 오브젝트들의 용량성 센싱을 수행하도록 추가로 구성되는, 입력 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 변형 게이지들의 각각은 상기 복수의 센서 전극들로부터 선택된 하나 이상의 센서 전극들을 포함하고, 선택된 상기 하나 이상의 센서 전극들은 힘 센싱 및 용량성 센싱을 수행하도록 구성되는, 입력 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 전극들은 용량성 센싱을 수행하도록 구성된 복수의 송신기 전극들 및 복수의 수신기 전극들을 포함하고, 상기 하나 이상의 변형 게이지들의 각각은 상기 복수의 송신기 전극들로부터 선택된 하나 이상의 송신기 전극들을 포함하는, 입력 디바이스.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 변형 게이지들 중 적어도 하나의 변형 게이지는 상기 디스플레이 영역의 외측에 배치되는, 입력 디바이스.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 변형 게이지들 중 적어도 하나의 변형 게이지 및 상기 복수의 센서 전극들 중 적어도 하나의 센서 전극은 상기 디스플레이 스택의 동일한 층 상에 배치되는, 입력 디바이스.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 전극들의 각각은 상기 디스플레이 디바이스의 복수의 공통 전극들 중 적어도 하나의 공통 전극을 포함하고, 상기 복수의 공통 전극들은 용량성 센싱 및 디스플레이 업데이팅을 수행하도록 구성된, 입력 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 변형 게이지들은 상기 디스플레이 스택의 인접한 제 1 층과 제 2 층 사이의 계면에 배치되고, 상기 제 1 층은 스태거링된 계면 (staggered interface) 을 형성하기 위해 상기 제 2 층에 오버랩하고, 상기 하나 이상의 변형 게이지들은 상기 스태거링된 계면에 배치되는, 입력 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스태거링된 계면에 상기 제 1 층 및 제 2 층 중 하나의 층과 인터페이스된 지지 부재를 더 포함하는, 입력 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 스택의 제 1 층은 피처를 포함하고,
    상기 피처는, 상기 피처와 상기 디스플레이 디바이스의 인접한 부재의 계면에 변형을 집중시키도록 구성되고, 상기 하나 이상의 변형 게이지들 중 적어도 하나의 변형 게이지는 상기 계면에 근접하여 배치되는, 입력 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 시스템은 입력 오브젝트에 의해 인가된 힘을 센싱할 때 미리정의된 저전력 모드 밖으로 상기 입력 디바이스를 트랜지션하도록 추가로 구성되는, 입력 디바이스.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 변형 게이지들은 광 투과성 전도성 재료로 형성되는, 입력 디바이스.
  15. 디스플레이 디바이스를 가진 입력 디바이스에 대한 프로세싱 시스템으로서,
    상기 입력 디바이스는 입력 오브젝트들에 의해 인가된 힘을 센싱하도록 구성된 하나 이상의 변형 게이지들을 포함하고,
    상기 프로세싱 시스템은,
    상기 디스플레이 디바이스를 업데이트하도록 구성된 디스플레이 드라이버 회로부;
    용량성 센싱 데이터를 획득하기 위해 상기 입력 디바이스의 복수의 센서 전극들을 동작시키도록 구성된 용량성 센싱 회로부; 및
    상기 하나 이상의 변형 게이지들을 사용하여 힘 센싱 데이터를 획득하도록 구성된 힘 센싱 회로부를 포함하고,
    상기 하나 이상의 변형 게이지들은 상기 복수의 센서 전극들로부터 선택된 하나 이상의 센서 전극들을 사용하여 형성되고, 선택된 상기 하나 이상의 센서 전극들은 힘 센싱 및 용량성 센싱을 수행하도록 구성되는, 프로세싱 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 전극들은 용량성 센싱을 수행하도록 구성된 복수의 송신기 전극들 및 복수의 수신기 전극들을 포함하고, 상기 하나 이상의 변형 게이지들의 각각은 상기 복수의 송신기 전극들로부터 선택된 하나 이상의 송신기 전극들을 포함하는, 프로세싱 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 힘 센싱 회로부 및 상기 용량성 센싱 회로부는 공유된 회로부를 포함하는, 프로세싱 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 힘 센싱 회로부는 획득된 상기 용량성 센싱 데이터에 기초하여 획득된 상기 힘 센싱 데이터를 리파이닝하도록 추가로 구성되는, 프로세싱 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 프로세싱 시스템은 입력 오브젝트에 의해 인가된 힘을 센싱할 때 미리정의된 저전력 모드 밖으로 상기 입력 디바이스를 트랜지션하도록 구성되는, 프로세싱 시스템.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 전극들의 각각은 상기 디스플레이 디바이스의 복수의 공통 전극들 중 적어도 하나의 공통 전극을 포함하고, 상기 복수의 공통 전극들은 용량성 센싱 및 디스플레이 업데이팅을 수행하도록 구성되는, 프로세싱 시스템.
  21. 디스플레이 디바이스로서,
    디스플레이 스택으로서 형성된 복수의 층들로서, 상기 디스플레이 스택은 상부 표면을 포함하는, 상기 복수의 층들;
    상기 디스플레이 스택 내에 배치되고 디스플레이 업데이팅을 수행하기 위해 프로세싱 시스템에 의해 드라이빙되도록 구성된 복수의 디스플레이 전극들; 및
    상기 디스플레이 스택 내에 배치되고 상기 프로세싱 시스템에 의해 드라이빙된 신호들에 기초하여 상기 상부 표면에 인가된 힘을 검출하도록 구성된 하나 이상의 변형 게이지들을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
KR1020187028199A 2016-03-24 2017-02-28 디스플레이 스택 내의 힘 센싱 KR20180119643A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662312894P 2016-03-24 2016-03-24
US62/312,894 2016-03-24
US15/199,464 2016-06-30
US15/199,464 US10795509B2 (en) 2016-03-24 2016-06-30 Force sensing within display stack
PCT/US2017/019865 WO2017165089A1 (en) 2016-03-24 2017-02-28 Force sensing within display stack

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180119643A true KR20180119643A (ko) 2018-11-02

Family

ID=59898630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187028199A KR20180119643A (ko) 2016-03-24 2017-02-28 디스플레이 스택 내의 힘 센싱

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10795509B2 (ko)
KR (1) KR20180119643A (ko)
CN (1) CN108885513A (ko)
WO (1) WO2017165089A1 (ko)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102433107B1 (ko) * 2016-01-19 2022-08-18 삼성디스플레이 주식회사 터치 표시 장치
EP3407814B1 (en) * 2016-01-29 2023-11-22 Forcen Inc. Sensor film for endoscopic instruments
US20170285803A1 (en) * 2016-04-04 2017-10-05 Lg Innotek Co., Ltd. Touch window, touch device and method for press sensing
US10444913B2 (en) * 2016-04-15 2019-10-15 Lg Display Co., Ltd. Driving circuit, touch display apparatus, and method for driving touch display apparatus
US10691245B2 (en) 2016-06-22 2020-06-23 Samsung Display Co., Ltd. Touch sensor
CN105975137B (zh) * 2016-07-07 2020-11-03 上海天马微电子有限公司 一种触控显示面板及触控显示装置
KR20180021965A (ko) 2016-08-22 2018-03-06 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
KR102633061B1 (ko) * 2016-09-23 2024-02-06 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 이의 제조 방법
KR20180066667A (ko) * 2016-12-09 2018-06-19 엘지디스플레이 주식회사 전자 기기
CN107256101B (zh) * 2017-06-30 2020-05-12 上海天马微电子有限公司 一种触控显示面板及显示装置
CN107315505B (zh) * 2017-06-30 2020-10-09 上海天马微电子有限公司 显示面板、触控显示装置及触控压力检测方法
CN107340916B (zh) * 2017-06-30 2020-05-08 上海天马微电子有限公司 显示面板和显示装置
US10572081B2 (en) * 2017-07-18 2020-02-25 Synaptics Incorporated Force sensing using sensor electrodes of different materials
CN107422514B (zh) * 2017-08-22 2020-06-09 武汉天马微电子有限公司 阵列基板、显示面板及显示装置
CN107678597B (zh) * 2017-10-13 2020-12-08 武汉天马微电子有限公司 一种触控显示面板和触控显示装置
JP7053216B2 (ja) * 2017-10-23 2022-04-12 トヨタ自動車株式会社 車両操作装置および車両システム
CN108052232B (zh) * 2018-01-03 2021-03-19 上海天马微电子有限公司 一种显示装置
CN108108061B (zh) * 2018-01-12 2021-03-02 上海天马微电子有限公司 显示面板及显示装置
CN108561111B (zh) * 2018-03-28 2020-04-10 中国石油天然气股份有限公司 一种压裂方法
KR102520639B1 (ko) * 2018-05-02 2023-04-11 삼성디스플레이 주식회사 입력 감지 장치 및 이를 포함하는 표시 장치
CN109860384B (zh) * 2019-01-17 2022-07-01 业成科技（成都）有限公司 应变规驱动压电装置
KR20200117084A (ko) * 2019-04-02 2020-10-14 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서 및 표시장치
US20200371632A1 (en) * 2019-05-24 2020-11-26 Apple Inc. Force Sensor and Coplanar Display
RU194642U1 (ru) * 2019-08-02 2019-12-18 Акционерное общество "Научно-внедренческий центр "Вагоны" (АО "НВЦ "Вагоны") Многоканальный цифровой преобразователь сигналов тензорезистивных датчиков
KR20210022824A (ko) * 2019-08-20 2021-03-04 삼성디스플레이 주식회사 데이터 보상 회로 및 이를 포함하는 표시 장치
US11614819B2 (en) 2019-09-26 2023-03-28 Apple Inc. Display circuitry including strain gauge
CN110492880B (zh) * 2019-09-27 2022-05-17 维沃移动通信有限公司 按键、电子设备及电子设备的控制方法
US11199458B2 (en) * 2019-09-27 2021-12-14 Synaptics Incorporated Force sensing input device utilizing strain gauges
US11852546B2 (en) * 2020-11-25 2023-12-26 Nitto Bend Technologies, Inc. Systems and methods for foldable multi-mode bend sensors

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2072730A1 (en) 1991-09-09 1993-03-10 Richard L. Garwin Strain-gauge mounting for force-sensing touch-screen
US20080170043A1 (en) * 2005-06-10 2008-07-17 Soss David A Force-based input device
US20100123686A1 (en) 2008-11-19 2010-05-20 Sony Ericsson Mobile Communications Ab Piezoresistive force sensor integrated in a display
US8305358B2 (en) 2009-02-10 2012-11-06 Sony Ericsson Mobile Communications Ab Sensor, display including a sensor, and method for using a sensor
US8786575B2 (en) 2009-05-18 2014-07-22 Empire Technology Development LLP Touch-sensitive device and method
JP5203293B2 (ja) 2009-05-21 2013-06-05 株式会社ジャパンディスプレイウェスト 表示装置および電子機器
JP5178631B2 (ja) 2009-05-26 2013-04-10 株式会社ジャパンディスプレイウェスト タッチセンサ、表示装置および電子機器
CN102043501B (zh) 2009-10-26 2016-03-23 宸鸿光电科技股份有限公司 力感测器的集成排线模块及压感式触控荧幕
KR101752940B1 (ko) 2009-10-27 2017-06-30 퍼셉티브 픽셀 인코포레이티드 투영형 정전 용량 터치 감지
US20120293451A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-22 Research In Motion Limited Electronic device with capacitive touch-sensitive display
US8780074B2 (en) * 2011-07-06 2014-07-15 Sharp Kabushiki Kaisha Dual-function transducer for a touch panel
CN105022540B (zh) 2011-09-07 2018-11-09 辛纳普蒂克斯公司 非显示更新时间期间的电容性感测
US9417141B2 (en) 2011-09-16 2016-08-16 Sony Corporation Force sensitive touch sensor
US9748952B2 (en) 2011-09-21 2017-08-29 Synaptics Incorporated Input device with integrated deformable electrode structure for force sensing
US8988384B2 (en) 2011-09-23 2015-03-24 Apple Inc. Force sensor interface for touch controller
US8711292B2 (en) 2011-11-22 2014-04-29 Atmel Corporation Integrated touch screen
US20130181911A1 (en) * 2012-01-17 2013-07-18 Esat Yilmaz On-Display-Sensor Stack
US9134807B2 (en) 2012-03-02 2015-09-15 Microsoft Technology Licensing, Llc Pressure sensitive key normalization
WO2013177322A1 (en) 2012-05-22 2013-11-28 Synaptics Incorporated Force enhanced input device
US9070648B2 (en) 2012-11-27 2015-06-30 Apple Inc. Electronic devices with display-integrated light sensors
US9229592B2 (en) 2013-03-14 2016-01-05 Synaptics Incorporated Shear force detection using capacitive sensors
WO2014149023A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Rinand Solutions Llc Force sensing of inputs through strain analysis
KR102191151B1 (ko) * 2013-12-30 2020-12-16 삼성디스플레이 주식회사 전자 기기 및 전자 기기의 구동 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN108885513A (zh) 2018-11-23
US20170277296A1 (en) 2017-09-28
US10795509B2 (en) 2020-10-06
US20200379591A1 (en) 2020-12-03
WO2017165089A1 (en) 2017-09-28
US11520423B2 (en) 2022-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11520423B2 (en) Force sensing within display stack
US10540043B2 (en) Hybrid in-cell sensor topology
US10073560B2 (en) Differential force and touch sensing
JP6484227B2 (ja) 静電容量感知デバイスのための多重センサタッチ統合表示ドライバ構成
US9134396B2 (en) Reducing bending effects in touch sensor devices
US9274662B2 (en) Sensor matrix pad for performing multiple capacitive sensing techniques
US9081453B2 (en) Single layer capacitive imaging sensors
CN106325591B (zh) 触摸传感器设备中的弯曲效应的避免
US9715297B2 (en) Flexible display and touch driver IC architecture
US10949034B2 (en) Single-layer sensor array scan
US10712863B2 (en) Transcapacitive touch and force sensing in an input device
KR102312138B1 (ko) 힘을 감지하는 통합형 디스플레이 디바이스 및 감지 디바이스
US10133435B2 (en) Reduced capacitive baseline shift via switching elements
US10572081B2 (en) Force sensing using sensor electrodes of different materials
US10635236B2 (en) Calibration of multiple analog front-ends
US20210223907A1 (en) Excitation schemes for an input device
CN108351725B (zh) 确定输入装置内的介电层的厚度分布的装置、方法和系统
US20180181251A1 (en) Capacitive sensing active electromagnetic emission cancellation
US11003288B2 (en) Active input sensing using regional scanning
US10540027B2 (en) Force sensing in a touch display